redis memory

redis memory

这一节介绍redis中内存分配相关的api，下一节介绍redis内存使用过程中的一些细节。

redis中所有的内存分配都由自己接管。主要由zmalloc.c和zmalloc.h中的zmalloc、zremalloc、zfree实现。

static   void  zmalloc_oom(size_t size) {
#ifdef _WIN32
    fprintf(stderr,  " zmalloc: Out of memory trying to allocate %llu bytes\n " ,
        (unsigned  long   long )size);
#else
    fprintf(stderr,  " zmalloc: Out of memory trying to allocate %zu bytes\n " ,
        size);
#endif
    fflush(stderr);
    abort();
}

void   * zmalloc(size_t size) {
     void   * ptr  =  malloc(size + PREFIX_SIZE);

     if  ( ! ptr) zmalloc_oom(size);
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
    update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(ptr),size);
     return  ptr;
#else
     * ((size_t * )ptr)  =  size;
    update_zmalloc_stat_alloc(size + PREFIX_SIZE,size);
     return  ( char * )ptr + PREFIX_SIZE;
#endif
}

void   * zcalloc(size_t size) {
     void   * ptr  =  calloc( 1 , size + PREFIX_SIZE);

     if  ( ! ptr) zmalloc_oom(size);
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
    update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(ptr),size);
     return  ptr;
#else
     * ((size_t * )ptr)  =  size;
    update_zmalloc_stat_alloc(size + PREFIX_SIZE,size);
     return  ( char * )ptr + PREFIX_SIZE;
#endif
}

void   * zrealloc( void   * ptr, size_t size) {
#ifndef HAVE_MALLOC_SIZE
     void   * realptr;
#endif
    size_t oldsize;
     void   * newptr;

     if  (ptr  ==  NULL)  return  zmalloc(size);
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
    oldsize  =  zmalloc_size(ptr);
    newptr  =  realloc(ptr,size);
     if  ( ! newptr) zmalloc_oom(size);

    update_zmalloc_stat_free(oldsize);
    update_zmalloc_stat_alloc(zmalloc_size(newptr),size);
     return  newptr;
#else
    realptr  =  ( char * )ptr - PREFIX_SIZE;
    oldsize  =   * ((size_t * )realptr);
    newptr  =  realloc(realptr,size + PREFIX_SIZE);
     if  ( ! newptr) zmalloc_oom(size);

     * ((size_t * )newptr)  =  size;
    update_zmalloc_stat_free(oldsize);
    update_zmalloc_stat_alloc(size,size);
     return  ( char * )newptr + PREFIX_SIZE;
#endif
}
void  zfree( void   * ptr) {
#ifndef HAVE_MALLOC_SIZE
     void   * realptr;
    size_t oldsize;
#endif

     if  (ptr  ==  NULL)  return ;
#ifdef HAVE_MALLOC_SIZE
    update_zmalloc_stat_free(zmalloc_size(ptr));
    free(ptr);
#else
    realptr  =  ( char * )ptr - PREFIX_SIZE;
    oldsize  =   * ((size_t * )realptr);
    update_zmalloc_stat_free(oldsize + PREFIX_SIZE);
    free(realptr);
#endif
}

可以看到，系统中除了分配请求大小的内存外，还在该内存块头部保存了该内存块的大小，这样，释放的时候可以通过该大小找到该内存块的起始位置. 
另外对于 apple系统，可以用malloc_size（redis_malloc_size是对它的封装）取得指针所指向的内存块大小，因此就不需要手动保存大小了。 
介绍zmalloc/zfree函数时，我们看到redis会调用increment_used_memory/decrement_used_memory，这两个宏其实就是对static变量used_memory进行指定大小的增加/减少，该变量保存了redis所使用的内存大小 
分配内存的线程安全性是由底层系统的malloc系列函数来保证的，而used_memory变量的线程安全性取决于线程锁zmalloc_thread_safe的值。由于redis处理客户端连接是单进程单线程事件多路循环的，那么就有一个疑问，redis在什么情况下，需要多线程保护了？在后续的介绍中，我们会看到，redis的虚拟内存（VM）可能启用多线程。
我们来看看zmalloc_thread_safe 的相关处理。zmalloc_thread_safe 初始值为0，仅在zmalloc_enable_thread_safeness函数中改为1，而zmalloc_enable_thread_safeness仅在全局变量server.vm_max_threads!=0（也即vm启用多线程时），才在vmInit中调用。 
内存相关的函数，除了zmalloc、zremalloc、zfree等直接操作内存外，常用的就是使用zmalloc_used_memory返回已分配的内存大小了，redis对内存的监控仅限于此。
 redis在某些位置输出log时需要调用该函数输出已分配的内存大小外，比如serverCron中的调用：  int  serverCron( struct  aeEventLoop  * eventLoop,  long   long  id,  void   * clientData) {

 

     int j, loops = server.cronloops;
    REDIS_NOTUSED(eventLoop);
    REDIS_NOTUSED(id);
    REDIS_NOTUSED(clientData);

     /*  We take a cached value of the unix time in the global state because
     * with virtual memory and aging there is to store the current time
     * in objects at every object access, and accuracy is not needed.
     * To access a global var is faster than calling time(NULL)  */
    server.unixtime = time(NULL);

     /*  We have just 22 bits per object for LRU information.
     * So we use an (eventually wrapping) LRU clock with 10 seconds resolution.
     * 2^22 bits with 10 seconds resoluton is more or less 1.5 years.
     *
     * Note that even if this will wrap after 1.5 years it's not a problem,
     * everything will still work but just some object will appear younger
     * to Redis. But for this to happen a given object should never be touched
     * for 1.5 years.
     *
     * Note that you can change the resolution altering the
     * REDIS_LRU_CLOCK_RESOLUTION define.
      */
    updateLRUClock();

     /*  Record the max memory used since the server was started.  */
     if (zmalloc_used_memory() > server.stat_peak_memory)
        server.stat_peak_memory = zmalloc_used_memory();

     /*  We received a SIGTERM, shutting down here in a safe way, as it is
     * not ok doing so inside the signal handler.  */
     if (server.shutdown_asap) {
         if (prepareForShutdown() == REDIS_OK) exit(0);
        redisLog(REDIS_WARNING,"SIGTERM received but errors trying to shut down the server, check the logs for more information");
    }

     /*  Show some info about non-empty databases  */
     for (j = 0; j < server.dbnum; j++) {
         long  long size, used, vkeys;

        size = dictSlots(server.db[j].dict);
        used = dictSize(server.db[j].dict);
        vkeys = dictSize(server.db[j].expires);
         if (!(loops % 50) && (used || vkeys)) {
            redisLog(REDIS_VERBOSE,"DB %d: %lld keys (%lld volatile) in %lld slots HT.",j,used,vkeys,size);
             /*  dictPrintStats(server.dict);  */
        }
    }

     /*  We don't want to resize the hash tables while a bacground saving
     * is in progress: the saving child is created using fork() that is
     * implemented with a copy-on-write semantic in most modern systems, so
     * if we resize the HT while there is the saving child at work actually
     * a lot of memory movements in the parent will cause a lot of pages
     * copied.  */
     if (server.bgsavechildpid == -1 && server.bgrewritechildpid == -1) {
         if (!(loops % 10)) tryResizeHashTables();
         if (server.activerehashing) incrementallyRehash();
    }

     /*  Show information about connected clients  */
     if (!(loops % 50)) {
#ifdef _WIN32
        redisLog(REDIS_VERBOSE,"%d clients connected (%d slaves), %llu bytes in use",
            listLength(server.clients)-listLength(server.slaves),
            listLength(server.slaves),
            (unsigned  long  long)zmalloc_used_memory());
#else
        redisLog(REDIS_VERBOSE,"%d clients connected (%d slaves), %zu bytes in use",
            listLength(server.clients)-listLength(server.slaves),
            listLength(server.slaves),
            zmalloc_used_memory());
#endif
    }

     /*  Close connections of timedout clients  */
     if ((server.maxidletime && !(loops % 100)) || server.bpop_blocked_clients)
        closeTimedoutClients();

     /*  Start a scheduled AOF rewrite if this was requested by the user while
     * a BGSAVE was in progress.  */
     if (server.bgsavechildpid == -1 && server.bgrewritechildpid == -1 &&
        server.aofrewrite_scheduled)
    {
        rewriteAppendOnlyFileBackground();
    }

     /*  Check if a background saving or AOF rewrite in progress terminated  */
     if (server.bgsavechildpid != -1 || server.bgrewritechildpid != -1) {
         int statloc;
        pid_t pid;

         if ((pid = wait3(&statloc,WNOHANG,NULL)) != 0) {
             if (pid == server.bgsavechildpid) {
                backgroundSaveDoneHandler(statloc);
            }  else {
                backgroundRewriteDoneHandler(statloc);
            }
            updateDictResizePolicy();
        }
    }  else {
         time_t now = time(NULL);

         /*  If there is not a background saving in progress check if
         * we have to save now  */
          for (j = 0; j < server.saveparamslen; j++) {
             struct saveparam *sp = server.saveparams+j;

             if (server.dirty >= sp->changes &&
                now-server.lastsave > sp->seconds) {
                redisLog(REDIS_NOTICE,"%d changes in %d seconds. Saving ",
                    sp->changes, sp->seconds);
                rdbSaveBackground(server.dbfilename);
#ifdef _WIN32
                 /*  On windows this will save in foreground and block  */
                 /*  Here we are allready saved, and we should return  */
                 return 100;
#else
                 break;
#endif
            }
         }

          /*  Trigger an AOF rewrite if needed  */
          if (server.bgsavechildpid == -1 &&
             server.bgrewritechildpid == -1 &&
             server.auto_aofrewrite_perc &&
             server.appendonly_current_size > server.auto_aofrewrite_min_size)
         {
             long  long  base = server.auto_aofrewrite_base_size ?
                            server.auto_aofrewrite_base_size : 1;
             long  long growth = (server.appendonly_current_size*100/ base) - 100;
             if (growth >= server.auto_aofrewrite_perc) {
                redisLog(REDIS_NOTICE,"Starting automatic rewriting of AOF on %lld%% growth",growth);
                rewriteAppendOnlyFileBackground();
            }
        }
    }


     /*  If we postponed an AOF buffer flush, let's try to do it every time the
     * cron function is called.  */
     if (server.aof_flush_postponed_start) flushAppendOnlyFile(0);

     /*  Expire a few keys per cycle, only if this is a master.
     * On slaves we wait for DEL operations synthesized by the master
     * in order to guarantee a strict consistency.  */
     if (server.masterhost == NULL) activeExpireCycle();

     /*  Replication cron function -- used to reconnect to master and
     * to detect transfer failures.  */
     if (!(loops % 10)) replicationCron();

    server.cronloops++;
     return 100;
}

used_memory变量保存了redis当前所使用的内存。其值常用来跟server.vm_max_memory、server.maxmemory进行比较。vm_max_memory表示redis vm启动swap的内存阈值，在超过该值后应启动vm的swap操作；maxmemory表示redis允许分配的最大内存，在超过该值后应进行内存的释放。这些比较主要在rdbLoad、loadAppendOnlyFile、serverCron、processCommand、vmThreadedIOCompletedJob等函数中。值得注意的是，尽管redis会尽量将内存使用量降低到server.maxmemory（甚至server.vm_max_memory）之下，但并不对此保证。

接下来的一节我们分析下rdbLoad、loadAppendOnlyFile、serverCron、processCommand、vmThreadedIOCompletedJob的内存检查策略。

在rdbLoad、loadAppendOnlyFile（分别代表以快照、aof方式进行数据的持久化后db的加载）中会检查vm_max_memory。超过vm_max_memory后，会先调用vmSwapOneObjectBlocking swap值到vm中，若一直到vmSwapOneObjectBlocking返回出错时，内存使用量还是超过vm_max_memory，则置swap_all_values为1，这样后面加载的数据都直接使用vmSwapObjectBlocking被swap到vm中，至于vmSwapOneObjectBlocking、vmSwapObjectBlocking怎么实现的（二者都是阻塞方式），我们在vm章节中再做详细分析。当然，在这两个函数中，对vm_max_memory的比较有所放宽，也就是只有比vm_max_memory多32M字节时，才进行swap的操作。从这里也可以看出，加载db时并不和server.maxmemory进行比较。此时，若超过最大内存限制，redis此时不管，也许加载时直接down掉（超过可用内存），或者等到加载完后运行到后面介绍的释放过程再进行释放。当然，检查vm_max_memory，并调用vmSwapOneObjectBlocking等函数是否起作用，还要看是否开启vm机制

int  rdbLoad( char   * filename) {
    FILE  * fp;
    uint32_t dbid;
     int  type, rdbver;
    redisDb  * db  =  server.db + 0 ;
     char  buf[ 1024 ];
    time_t expiretime, now  =  time(NULL);
     long  loops  =   0 ;

#ifdef _WIN32
    fp  =  fopen(filename, " rb " );
#else
    fp  =  fopen(filename, " r " );
#endif
     if  ( ! fp) {
        errno  =  ENOENT;
         return  REDIS_ERR;
    }
     if  (fread(buf, 9 , 1 ,fp)  ==   0 )  goto  eoferr;
    buf[ 9 ]  =   ' \0 ' ;
     if  (memcmp(buf, " REDIS " , 5 )  !=   0 ) {
        fclose(fp);
        redisLog(REDIS_WARNING, " Wrong signature trying to load DB from file " );
        errno  =  EINVAL;
         return  REDIS_ERR;
    }
    rdbver  =  atoi(buf + 5 );
     if  (rdbver  <   1   ||  rdbver  >   2 ) {
        fclose(fp);
        redisLog(REDIS_WARNING, " Can't handle RDB format version %d " ,rdbver);
        errno  =  EINVAL;
         return  REDIS_ERR;
    }

    startLoading(fp);
     while ( 1 ) {
        robj  * key,  * val;

        expiretime  =   - 1 ;

         /*  Serve the clients from time to time  */
         if  ( ! (loops ++   %   1000 )) {
            loadingProgress((off_t)ftello(fp));
            aeProcessEvents(server.el, AE_FILE_EVENTS | AE_DONT_WAIT);
        }

         /*  Read type.  */
         if  ((type  =  rdbLoadType(fp))  ==   - 1 )  goto  eoferr;
         if  (type  ==  REDIS_EXPIRETIME) {
             if  ((expiretime  =  rdbLoadTime(fp))  ==   - 1 )  goto  eoferr;
             /*  We read the time so we need to read the object type again  */
             if  ((type  =  rdbLoadType(fp))  ==   - 1 )  goto  eoferr;
        }
         if  (type  ==  REDIS_EOF)  break ;
         /*  Handle SELECT DB opcode as a special case  */
         if  (type  ==  REDIS_SELECTDB) {
             if  ((dbid  =  rdbLoadLen(fp,NULL))  ==  REDIS_RDB_LENERR)
                 goto  eoferr;
             if  (dbid  >=  (unsigned)server.dbnum) {
                redisLog(REDIS_WARNING, " FATAL: Data file was created with a Redis server configured to handle more than %d databases. Exiting\n " , server.dbnum);
                exit( 1 );
            }
            db  =  server.db + dbid;
             continue ;
        }
         /*  Read key  */
         if  ((key  =  rdbLoadStringObject(fp))  ==  NULL)  goto  eoferr;
         /*  Read value  */
         if  ((val  =  rdbLoadObject(type,fp))  ==  NULL)  goto  eoferr;
         /*  Check if the key already expired. This function is used when loading
         * an RDB file from disk, either at startup, or when an RDB was
         * received from the master. In the latter case, the master is
         * responsible for key expiry. If we would expire keys here, the
         * snapshot taken by the master may not be reflected on the slave.  */
         if  (server.masterhost  ==  NULL  &&  expiretime  !=   - 1   &&  expiretime  <  now) {
            decrRefCount(key);
            decrRefCount(val);
             continue ;
        }
         /*  Add the new object in the hash table  */
        dbAdd(db,key,val);

         /*  Set the expire time if needed  */
         if  (expiretime  !=   - 1 ) setExpire(db,key,expiretime);

        decrRefCount(key);
    }
    fclose(fp);
    stopLoading();
     return  REDIS_OK;

eoferr:  /*  unexpected end of file is handled here with a fatal exit  */
    redisLog(REDIS_WARNING, " Short read or OOM loading DB. Unrecoverable error, aborting now. " );
    exit( 1 );
     return  REDIS_ERR;  /*  Just to avoid warning  */
}

serverCron是redis中的定时循环函数（100ms循环一次），serverCron是先使用tryFreeOneObjectFromFreelist释放些内存，只有在释放内存还是不够时才启用vm的swap操作，并根据是否启用多线程swap调用vmSwapOneObjectBlocking(阻塞方式) 或者vmSwapOneObjectThreaded（多线程）。另外，如果是多线程方式，则只swap一个object（并不是立即swap），因为在此方式下，会将swap的操作作为一个job，插入到工作线程中，而当该工作线程完成后，会自动调用vmThreadedIOCompletedJob，而在vmThreadedIOCompletedJob中，也有内存大小检查的操作（内存大小超过阈值时，也是调用vmSwapOneObjectThreaded）。可以看到，如果serverCron中的这段代码中的retval == REDIS_ERR的话，则一段时间内无法保证使用的内存在指定的范围之内。（swap的策略在后面VM章节中介绍。） 

而在处理客户端命令的核心函数processCommand中，在超过内存阈值maxmemory时，会先调用freeMemoryIfNeeded释放一些内存；在释放内存后若还是超过了设置的内存大小，则在客户端命令设置了REDIS_CMD_DENYOOM参数时返回内存出错信息， 否则还是会正常处理。 

int processCommand(redisClient *c) {
     /*  The QUIT command is handled separately. Normal command procs will
     * go through checking for replication and QUIT will cause trouble
     * when FORCE_REPLICATION is enabled and would be implemented in
     * a regular command proc.  */
     if (!strcasecmp(c->argv[0]->ptr,"quit")) {
        addReply(c,shared.ok);
        c->flags |= REDIS_CLOSE_AFTER_REPLY;
         return REDIS_ERR;
    }

     /*  Now lookup the command and check ASAP about trivial error conditions
     * such as wrong arity, bad command name and so forth.  */
    c->cmd = c->lastcmd = lookupCommand(c->argv[0]->ptr);
     if (!c->cmd) {
        addReplyErrorFormat(c,"unknown command '%s'",
            ( char*)c->argv[0]->ptr);
         return REDIS_OK;
    }  else  if ((c->cmd->arity > 0 && c->cmd->arity != c->argc) ||
               (c->argc < -c->cmd->arity)) {
        addReplyErrorFormat(c,"wrong number of arguments for '%s' command",
            c->cmd->name);
         return REDIS_OK;
    }

     /*  Check if the user is authenticated  */
     if (server.requirepass && !c->authenticated && c->cmd->proc != authCommand)
    {
        addReplyError(c,"operation not permitted");
         return REDIS_OK;
    }

     /*  Handle the maxmemory directive.
     *
     * First we try to free some memory if possible (if there are volatile
     * keys in the dataset). If there are not the only thing we can do
     * is returning an error.  */
     if (server.maxmemory) {
         int retval = freeMemoryIfNeeded();
         if ((c->cmd->flags & REDIS_CMD_DENYOOM) && retval == REDIS_ERR) {
            addReplyError(c,
                "command not allowed when used memory > 'maxmemory'");
             return REDIS_OK;
        }
    }

     /*  Only allow SUBSCRIBE and UNSUBSCRIBE in the context of Pub/Sub  */
     if ((dictSize(c->pubsub_channels) > 0 || listLength(c->pubsub_patterns) > 0)
        &&
        c->cmd->proc != subscribeCommand &&
        c->cmd->proc != unsubscribeCommand &&
        c->cmd->proc != psubscribeCommand &&
        c->cmd->proc != punsubscribeCommand) {
        addReplyError(c,"only (P)SUBSCRIBE / (P)UNSUBSCRIBE / QUIT allowed in this context");
         return REDIS_OK;
    }

     /*  Only allow INFO and SLAVEOF when slave-serve-stale-data is no and
     * we are a slave with a broken link with master.  */
     if (server.masterhost && server.replstate != REDIS_REPL_CONNECTED &&
        server.repl_serve_stale_data == 0 &&
        c->cmd->proc != infoCommand && c->cmd->proc != slaveofCommand)
    {
        addReplyError(c,
            "link with MASTER is down and slave-serve-stale-data is set to no");
         return REDIS_OK;
    }

     /*  Loading DB? Return an error if the command is not INFO  */
     if (server.loading && c->cmd->proc != infoCommand) {
        addReply(c, shared.loadingerr);
         return REDIS_OK;
    }

     /*  Exec the command  */
     if (c->flags & REDIS_MULTI &&
        c->cmd->proc != execCommand && c->cmd->proc != discardCommand &&
        c->cmd->proc != multiCommand && c->cmd->proc != watchCommand)
    {
        queueMultiCommand(c);
        addReply(c,shared.queued);
    }  else {
        call(c);
    }
     return REDIS_OK;
}

再来看看 freeMemoryIfNeeded是怎么释放内存的。释放时先调用tryFreeOneObjectFromFreelist释放内存，在内存仍不够时，会试图释放带 expire标记的key。对于每个db中的expire dict，每次会随机选择3个key，并删除会最先expire的key（此时就很可能丢失带expire标记的数据了）。 

int freeMemoryIfNeeded( void) {
    size_t mem_used, mem_tofree, mem_freed;
     int slaves = listLength(server.slaves);

     /*  Remove the size of slaves output buffers and AOF buffer from the
     * count of used memory.  */
    mem_used = zmalloc_used_memory();
     if (slaves) {
        listIter li;
        listNode *ln;

        listRewind(server.slaves,&li);
         while((ln = listNext(&li))) {
            redisClient *slave = listNodeValue(ln);
            unsigned  long obuf_bytes = getClientOutputBufferMemoryUsage(slave);
             if (obuf_bytes > mem_used)
                mem_used = 0;
             else
                mem_used -= obuf_bytes;
        }
    }
     if (server.appendonly) {
        mem_used -= sdslen(server.aofbuf);
        mem_used -= sdslen(server.bgrewritebuf);
    }

     /*  Check if we are over the memory limit.  */
     if (mem_used <= server.maxmemory)  return REDIS_OK;

     if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_NO_EVICTION)
         return REDIS_ERR;  /*  We need to free memory, but policy forbids.  */

     /*  Compute how much memory we need to free.  */
    mem_tofree = (size_t)(mem_used - server.maxmemory);
    mem_freed = 0;
     while (mem_freed < mem_tofree) {
         int j, k, keys_freed = 0;

         for (j = 0; j < server.dbnum; j++) {
             long bestval = 0;  /*  just to prevent warning  */
            sds bestkey = NULL;
             struct dictEntry *de;
            redisDb *db = server.db+j;
            dict *dict;

             if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_ALLKEYS_LRU ||
                server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_ALLKEYS_RANDOM)
            {
                dict = server.db[j].dict;
            }  else {
                dict = server.db[j].expires;
            }
             if (dictSize(dict) == 0)  continue;

             /*  volatile-random and allkeys-random policy  */
             if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_ALLKEYS_RANDOM ||
                server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_VOLATILE_RANDOM)
            {
                de = dictGetRandomKey(dict);
                bestkey = dictGetEntryKey(de);
            }

             /*  volatile-lru and allkeys-lru policy  */
             else  if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_ALLKEYS_LRU ||
                server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_VOLATILE_LRU)
            {
                 for (k = 0; k < server.maxmemory_samples; k++) {
                    sds thiskey;
                     long thisval;
                    robj *o;

                    de = dictGetRandomKey(dict);
                    thiskey = dictGetEntryKey(de);
                     /*  When policy is volatile-lru we need an additonal lookup
                     * to locate the real key, as dict is set to db->expires.  */
                     if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_VOLATILE_LRU)
                        de = dictFind(db->dict, thiskey);
                    o = dictGetEntryVal(de);
                    thisval = estimateObjectIdleTime(o);

                     /*  Higher idle time is better candidate for deletion  */
                     if (bestkey == NULL || thisval > bestval) {
                        bestkey = thiskey;
                        bestval = thisval;
                    }
                }
            }

             /*  volatile-ttl  */
             else  if (server.maxmemory_policy == REDIS_MAXMEMORY_VOLATILE_TTL) {
                 for (k = 0; k < server.maxmemory_samples; k++) {
                    sds thiskey;
                     long thisval;

                    de = dictGetRandomKey(dict);
                    thiskey = dictGetEntryKey(de);
                    thisval = ( long) dictGetEntryVal(de);

                     /*  Expire sooner (minor expire unix timestamp) is better
                     * candidate for deletion  */
                     if (bestkey == NULL || thisval < bestval) {
                        bestkey = thiskey;
                        bestval = thisval;
                    }
                }
            }

             /*  Finally remove the selected key.  */
             if (bestkey) {
                 long  long delta;

                robj *keyobj = createStringObject(bestkey,sdslen(bestkey));
                propagateExpire(db,keyobj);
                 /*  We compute the amount of memory freed by dbDelete() alone.
                 * It is possible that actually the memory needed to propagate
                 * the DEL in AOF and replication link is greater than the one
                 * we are freeing removing the key, but we can't account for
                 * that otherwise we would never exit the loop.
                 *
                 * AOF and Output buffer memory will be freed eventually so
                 * we only care about memory used by the key space.  */
                delta = ( long  long) zmalloc_used_memory();
                dbDelete(db,keyobj);
                delta -= ( long  long) zmalloc_used_memory();
                mem_freed += (size_t)delta;
                server.stat_evictedkeys++;
                decrRefCount(keyobj);
                keys_freed++;

                 /*  When the memory to free starts to be big enough, we may
                 * start spending so much time here that is impossible to
                 * deliver data to the slaves fast enough, so we force the
                 * transmission here inside the loop.  */
                 if (slaves) flushSlavesOutputBuffers();
            }
        }
         if (!keys_freed)  return REDIS_ERR;  /*  nothing to free  */
    }
     return REDIS_OK;
}

最后我们来看看tryFreeOneObjectFromFreelist函数。redis会将系统中的无效list node（即该node已解除对其内部value的引用）放到server.objfreelist链表中，平时如果需要list node，可直接从该list中获得一个，但此刻因为内存不够，该释放它们了。 

static  int tryFreeOneObjectFromFreelist( void) {
    robj *o;

     if (server.vm_enabled) pthread_mutex_lock(&server.obj_freelist_mutex);
     if (listLength(server.objfreelist)) {
        listNode *head = listFirst(server.objfreelist);
        o = listNodeValue(head);
        listDelNode(server.objfreelist,head);
         if (server.vm_enabled) pthread_mutex_unlock(&server.obj_freelist_mutex);
        zfree(o);
         return REDIS_OK;
    }  else {
         if (server.vm_enabled) pthread_mutex_unlock(&server.obj_freelist_mutex);
         return REDIS_ERR;
    }
}

前面的过程搞清后，就可以回答一个问题了。
redis不开启VM时，内存超过maxmemory设置后，是怎么处理的？

不开启VM，redis并不保证内存使用一定低于maxmemory，只是会尽可能释放。

先看client，对于有些会增加内存使用的命令，比如set，此时会返回出错信息。

释放策略是：因为redis会保存先前已不再使用的object，也就是一个object链表，平时这个链表的作用使得redis可以直接从上面取得一个object，不需要使用zmalloc分配。

当内存超过阈值时，这个链表就会首先被释放了。

若还是超过内存阈值，redis对于每个db，会随机选择3个带expire标记的key， 并释放最先expire的key及其val。

但如果此后还是超过内存阈值（把所有带expire标记的 都释放后），我想redis是没办法了。

尽管如此，redis使用的内存>设置的maxmemory，只会出现在一开始加载的数据就超过maxmemroy。这样的话，client调用set等命令会一直返回出错信息。