leveldb 源码笔记

设计思路

LSM-Tree(Log Structure Merge Tree)，将磁盘的随机写转化为顺序写，加快了写速度。LSM-Tree的思路是将索引树拆成一大一小两棵树，较小的常驻内存，较大的持久化到磁盘，他们共同维护一个有序的key空间。写操作会首先操作内存中的树，随着内存不断变大，会触发磁盘中树的归并操作(将内存中的数据与磁盘中的数据进行归并)，而归并操作本身仅有顺序写。 随着数据不断写入，磁盘中的树会不断膨胀，为了避免每次参与归并操作的数据量过大，以及优化读操作做考虑，LevelDB将磁盘中的数据又拆分成多层，每一层的数据达到一定容量后会触发向下一层的归并操作

Memtable 内存数据结构，跳表实现，新的数据会首先写入这里

Log 文件，写Memtable前会先写Log文件，Log通过append的方式顺序写入。Log使机器宕机导致的内存数据丢失得以恢复

Immutable Memtable 达到Memtable上限后，Memtable会变成Immutable，为SST文件的归并做准备

SST文件 磁盘数据存储文件，分为Level0 到 LevelN多层，单层SST文件总量随着层次增加成倍增长，文件内数据有序。其中Level0的SST文件由Immutable 直接dump产生。其他Level的SST由其上一层的文件和本层文件归并产生； SST文件在归并中顺序写，生成后仅可能在归并中被删除，而不会有任何的修改操作

Manifest 记录SST文件在不同的Level的分布，单个SST文件的最大最小值

Current Manifest可能有多个，记录当前Manifest的文件名

Slice

为什么不用引用而用Slice结构

Slice允许value中包含\0结尾

Option

the speed of kSnappyCompression 200~500MB/s compression, 400~800MB/s decompression

异步写： 写操作从用户进程传递到操作系统就返回了，而操作系统从内存到持久化存储是异步的。可以通过fsync使写数据同步到存储后再返回， 异步写入比同步写入快很多 。使用异步写入，如果只是写入进程挂了，不会丢失任何数据，但是机器crash就会丢失谁

WriteOptions.sync 设置为true，相当于调用write后再使用fsync

Option包含ReadOption和WriteOpion，以及普通的Option

Env

函数返回值，使用Status代替 true/false

File分为 SequentialFile， RandomFile，AppendFIle等，读入的数据，放入scratch中，根据scratch生成slice对象

Read(size_t n, Slice* result, char* scratch)

Status

错误信息采字符串，前三位表示长度，第四位表示类型，第五位之后表示信息

write

fwrite/fread/fflush是c语言规定的io流操作

用户程序（fwrite）用户缓存区(write/fflush)内核缓冲区(fsync)物理设备

util/coding

通过左移右移和 位与运算，取特定位值，例：(value >> 8) & 0xff 取第二个字节

通过或运算，设置某个特定的位

Varint 通过变长字节编码，可以节省空间。但坏处是大数需要用5个字节表示了。 每个字节第一位为1的话，表示连续上一个数字，因此一个字节可以表示小于127的数字

SequenceNumber

一共64位，其中sequenceNum只占56bit，valueType占8bit

SkipList

使用arena管理内存，arena相当于内存池

实现简单，相比B树系列，更加轻量，SequenceNumber保证了不会有相同的node，也就保证了node不会更新的情况

迭代器类实现在类的定义中

memory order：

1、memory_order_seq_cst 顺序一致性模型
2、memory_order_release/acquire/consume 提供release，acquire或者consume，release语义一致性保障
3、relexed consisency model 松散一致性模型

Compact

1层文件总大小上限10MB，2层为100MB，以此类推，最高层（7层）没有限制

Version

FileName

管理不同filename，将文件名封装为函数，控制文件名后缀