Redis---客户端和服务端

文章转载自：http://redisbook.readthedocs.io/en/latest/internal/redis.html

1.初始化服务器

从启动 Redis 服务器，到服务器可以接受外来客户端的网络连接这段时间，Redis 需要执行一系列初始化操作。
整个初始化过程可以分为以下六个步骤：

1. 初始化服务器全局状态。
2. 载入配置文件。
3. 创建 daemon 进程。
4. 初始化服务器功能模块。
5. 载入数据。
6. 开始事件循环

1.1.初始化服务器全局状态

redis.h/redisServer结构记录了和服务器相关的所有数据，这个结构主要包含以下信息：

• 服务器中的所有数据库。
• 命令表：
  
  • 在执行命令时，根据字符来查找相应命令的实现函数。
• 事件状态。
• 服务器的网络连接信息：
  
  • 套接字地址
  • 端口，以及套接字描述符。
• 所有已连接客户端的信息。
• Lua脚本的运行环境及相关选项。
• 实现订阅与发布（pub/sub）功能所需的数据结构。
• 日志（log）和慢查询日志（slowlog）的选项和相关信息。
• 数据持久化（AOF和RDB）的配置和状态。
• 服务器配置选项：
  
  • 比如要创建多少个数据库，
  • 是否将服务器进程作为daemon进程来运行，
  • 最大连接多少个客户端，
  • 压缩结构（zip structure）的实体数量，等等。
• 统计信息：比如键有多少次命令、不命中，服务器的运行时间，内存占用，等等。

上述过程只包含=Redis服务器单机信息，不包含sentinel,cluster等功能。
当 server 变量的初始化完成之后，程序进入服务器初始化的下一步：读入配置文件。

1.2载入配置文件

在初始化服务器的上一步中，程序为server变量（也即是服务器状态）的各个属性设置了默
认值，但这些默认值有时候并不是最合适的：
- 用户可能想使用 AOF 持久化，而不是默认的 RDB 持久化。
- 用户可能想用其他端口来运行Redis，以避免端口冲突。
- 用户可能不想使用默认的16个数据库，而是分配更多或更少数量的数据库。
- 用户可能想对默认的内存限制措施和回收策略做调整。

1.创建daemon进程

Redis默认以daemon进程的方式运行。
当服务器初始化进行到这一步时，程序将创建 daemon 进程来运行 Redis ，并创建相应的 pid文件。

2.初始化服务器功能模块

在这一步，初始化程序完成两件事：

• 为server变量的数据结构子属性分配内存。
  
  • 为数据结构分配内存，并初始化这些数据结构，等同于对相应的功能进行初始化
  • 比如说，当为订阅与发布所需的链表分配内存之后，订阅与发布功能就处于就绪状态，随时可以为 Redis 所用了。
• 初始化这些数据结构。

在这一步，程序完成的主要动作如下：

• 初始化 Redis 进程的信号功能。
• 初始化日志功能。
• 初始化客户端功能。
• 初始化共享对象。
• 初始化事件功能。
• 初始化数据库。
• 初始化网络连接。
• 初始化订阅与发布功能。
• 初始化各个统计变量。
• 关联服务器常规操作（cron job）到时间事件，关联客户端应答处理器到文件事件。
• 如果AOF功能已打开，那么打开或创建AOF文件。
• 设置内存限制。
• 初始化Lua脚本环境。
• 初始化慢查询功能。
• 初始化后台操作线程。

完成这一步之后，服务器打印出 Redis 的 ASCII LOGO 、服务器版本等信息，表示所有功能
模块已经就绪，可以等待被使用了：
虽然所有功能已经就绪，但这时服务器的数据库还是一片空白，程序还需要将服务器上一次执
行时记录的数据载入到当前服务器中，服务器的初始化才算真正完成。

3.载入数据

在这一步，程序需要将持久化在 RDB 或者 AOF 文件里的数据，载入到服务器进程里面。

如果服务器有启用AOF功能的话，那么使用AOF文件来还原数据；
否则，程序使用RDB文件来还原数据。

当执行完这一步时，服务器打印出一段载入完成信息：
[6717] 22 Feb 11:59:14.830 * DB loaded from disk: 0.068 seconds

4.开始事件循环

到了这一步，服务器的初始化已经完成，程序打开事件循环，开始接受客户端连接。

以下是初始化完成之后，服务器状态和各个模块之间的关系图：

5.命令的请求，处理和结果返回

当客户端连上服务器之后，客户端就可以向服务器发送命令请求了。
从客户端发送命令请求，到命令被服务器处理、并将结果返回客户端，整个过程有以下步骤：

• 客户端通过套接字向服务器传送命令协议数据。
• 服务器通过读事件来处理传入数据，并将数据保存在客户端对应 redisClient 结构的查询缓存中。
• 根据客户端查询缓存中的内容，程序从命令表中查找相应命令的实现函数。
• 程序执行命令的实现函数，修改服务器的全局状态 server 变量，并将命令的执行结果保存到客户端 redisClient 结构的回复缓存中，然后为该客户端的 fd 关联写事件。
• 当客户端 fd 的写事件就绪时，将回复缓存中的命令结果传回给客户端。至此，命令执行完毕。

6.命令请求实例：set 的执行过程

假设现在客户端 C1 是连接到服务器 S 的一个客户端；
当用户执行命令 SET YEAR 2013 时 过程：

• 客户端调用写入函数，将协议内容 写入连接到服务器的套接字中。
  
  • 协议内容：*3\r\n$3\r\nSET\r\n$4\r\nYEAR\r\n$4\r\n2013\r\n"
• 当S的文件事件处理器执行时， 它会察觉到 C1 所对应的读事件已经就绪，于是它将协议文本读入，并保存在查询缓存。
• 通过对查询缓存进行分析（ parse）
  
  • 服务器在命令表中查找 SET 字符串所对应的命令实现函数，最终定位到 t_string.c/setCommand 函数，
  • 另外，两个命令参数 YEAR 和 2013 也会以字符串的形式保存在客户端结构中。
• 接着，程序将客户端、要执行的命令、命令参数等送入命令执行器：
  
  • 执行器调用 setCommand函数，将数据库中 YEAR 键的值修改为 2013
  • 然后将命令的执行结果保存在客户端的回复缓存中
  • 并为客户端 fd 关联写事件，用于将结果回写给客户端
  • 因为 YEAR 键的修改，其他和数据库命名空间相关程序
    
    • 比如 AOF 、 REPLICATION 还有事务安全性检查（是否修改了被 WATCH 监视的键？）也会被触发
• 当这些后续程序也执行完毕之后，命令执行器退出，服务器其他程序（比如时间事件处理器）继续运行。
• 当 C1 对应的写事件就绪时，程序就会将保存在客户端结构回复缓存中的数据回写给客户端
• 当客户端接收到数据之后，它就将结果打印出来，显示给用户看

2.客户端

redis 服务器是典型的一对多服务器程序：一个服务器可以和多个客户端建立网络连接，每个客户端可以向服务器发送命令请求，而服务器则接收并处理客户端发送的请求，并向客户端返回相应的信息。

redis 服务器通过使用 I/O 多路复用技术实现的文件处理系统，Redis 服务器使用单线程单进程的方式处理命令请求，并与多个客户端进行网络通信。

对于每一个与服务器进行连接的客户端，服务器都为这些客户端建立相应的 redis.h/redisClient 结构，这个结构保存了客户端当前的状态信息，以及执行相关功能时需要用到的数据结构。

Redis 通过监听一个 TCP 端口或者 Unix socket 的方式来接收来自客户端的连接，当一个连接建立后，Redis 内部会进行以下一些操作：
首先，客户端 socket 会被设置为非阻塞模式，因为 Redis 在网络事件处理上采用的是非阻塞多路复用模型。
然后为这个 socket 设置 TCP_NODELAY 属性，禁用 Nagle 算法
然后创建一个可读的文件事件用于监听这个客户端 socket 的数据发送

2.1.客户端连接到服务器

当 Redis 服务器完成初始化之后，它就准备好可以接受外来客户端的连接了。

当一个客户端通过套接字函数 connect 到服务器时，服务器执行以下步骤：

• 服务器通过文件事件无阻塞地 accept 客户端连接，并返回一个套接字描述符 fd 。
• 服务器为 fd 创建一个对应的 redis.h/redisClient 结构实例，并将该实例加入到服务器的已连接客户端的链表中。
• 服务器在事件处理器为该 fd 关联读文件事件。

完成这三步之后，服务器就可以等待客户端发来命令请求了。

Redis 以多路复用的方式来处理多个客户端，为了让多个客户端之间独立分开、不互相干扰，
服务器为每个已连接客户端维持一个 redisClient 结构，从而单独保存该客户端的状态信息。

redisClient 结构主要包含以下信息：

• 套接字描述符。
• 客户端正在使用的数据库指针和数据库号码。
• 客户端的查询缓存（ query buffer）和回复缓存（ reply buffer）。
• 一个指向命令函数的指针，以及字符串形式的命令、命令参数和命令个数，这些属性会在命令执行时使用。
• 客户端状态：
  
  • 记录了客户端是否处于
  • SLAVE
  • MONITOR
  • 或者事务状态。
• 实现事务功能（比如 MULTI 和 WATCH）所需的数据结构。
• 实现阻塞功能（比如 BLPOP 和 BRPOPLPUSH）所需的数据结构。
• 实现订阅与发布功能（比如PUBLISH和SUBSCRIBE）所需的数据结构。
• 统计数据和选项：客户端创建的时间，客户端和服务器最后交互的时间，缓存的大小，等等。

注意：上面列出的客户端结构信息不包含复制相关属性；

3.小结

• 服务器经过初始化之后，才能开始接受命令。
• 服务器初始化可以分为六个步骤：
　　1. 初始化服务器全局状态。
　　2. 载入配置文件。
　　3. 创建 daemon 进程。
　　4. 初始化服务器功能模块。
　　5. 载入数据。
　　6. 开始事件循环。
• 服务器为每个已连接的客户端维持一个客户端结构，这个结构保存了这个客户端的所有
状态信息。
• 客户端向服务器发送命令，服务器接受命令然后将命令传给命令执行器，执行器执行给
定命令的实现函数，执行完成之后，将结果保存在缓存，最后回传给客户端。