redis 源码学习（RDB 持久化）

redis是个内存数据库，所有的操作都是在内存中进行，但是内存有个特点是，程序出问题或者系统出问题、重启，关机都会造成内存数据丢失。

所以需要把内存中的数据dump到硬盘中备份起来。

RDB持久化，是内存数据库dump到硬盘的过程，其中RDB是个文件格式，待会介绍。

本文从两个方向剖析，

1）加载dump.rdb文件到内存中。

2）内存数据库dump到硬盘中dump.rdb文件。

加载dump.rdb文件到内存

main函数入口：

int main(int argc, char **argv) {
    //...
        // 从 AOF 文件或者 RDB 文件中载入数据
        loadDataFromDisk();

    //...
}

loadDataFromDisk函数就是加载硬盘数据到内存（AOF或者RDB），具体的实现来看代码：

/* Function called at startup to load RDB or AOF file in memory. */
void loadDataFromDisk(void) {
    // 记录开始时间
    long long start = ustime();

    // AOF 持久化已打开？
    if (server.aof_state == REDIS_AOF_ON) {
        // 尝试载入 AOF 文件
        if (loadAppendOnlyFile(server.aof_filename) == REDIS_OK)
            // 打印载入信息，并计算载入耗时长度
            redisLog(REDIS_NOTICE,"DB loaded from append only file: %.3f seconds",(float)(ustime()-start)/1000000);
    // AOF 持久化未打开
    } else {
        // 尝试载入 RDB 文件
        if (rdbLoad(server.rdb_filename) == REDIS_OK) {
            // 打印载入信息，并计算载入耗时长度
            redisLog(REDIS_NOTICE,"DB loaded from disk: %.3f seconds",
                (float)(ustime()-start)/1000000);
        } else if (errno != ENOENT) {
            redisLog(REDIS_WARNING,"Fatal error loading the DB: %s. Exiting.",strerror(errno));
            exit(1);
        }
    }
}

AOF下一篇文件再剖析他的结构，现在就看RDB文件的加载：

if (rdbLoad(server.rdb_filename) == REDIS_OK) {// RDB文件的加载，server.rdb_filename默认值位dump.rdb

/*
 * 将给定 rdb 中保存的数据载入到数据库中。
 */
int rdbLoad(char *filename) {
    uint32_t dbid;
    int type, rdbver;
    redisDb *db = server.db+0;
    char buf[1024];
    long long expiretime, now = mstime();
    FILE *fp;
    rio rdb;

    // 打开 rdb 文件
    if ((fp = fopen(filename,"r")) == NULL) return REDIS_ERR;

    // 初始化写入流
    rioInitWithFile(&rdb,fp);
    rdb.update_cksum = rdbLoadProgressCallback;
    rdb.max_processing_chunk = server.loading_process_events_interval_bytes;
    if (rioRead(&rdb,buf,9) == 0) goto eoferr;
    buf[9] = '\0';

    // 检查版本号
    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 > REDIS_RDB_VERSION) {
        fclose(fp);
        redisLog(REDIS_WARNING,"Can't handle RDB format version %d",rdbver);
        errno = EINVAL;
        return REDIS_ERR;
    }

    // 将服务器状态调整到开始载入状态
    startLoading(fp);
    while(1) {
        robj *key, *val;
        expiretime = -1;

        /* Read type. 
         *
         * 读入类型指示，决定该如何读入之后跟着的数据。
         *
         * 这个指示可以是 rdb.h 中定义的所有以
         * REDIS_RDB_TYPE_* 为前缀的常量的其中一个
         * 或者所有以 REDIS_RDB_OPCODE_* 为前缀的常量的其中一个
         */
        if ((type = rdbLoadType(&rdb)) == -1) goto eoferr;

        // 读入过期时间值
        if (type == REDIS_RDB_OPCODE_EXPIRETIME) {

            // 以秒计算的过期时间

            if ((expiretime = rdbLoadTime(&rdb)) == -1) goto eoferr;

            /* We read the time so we need to read the object type again. 
             *
             * 在过期时间之后会跟着一个键值对，我们要读入这个键值对的类型
             */
            if ((type = rdbLoadType(&rdb)) == -1) goto eoferr;

            /* the EXPIRETIME opcode specifies time in seconds, so convert
             * into milliseconds. 
             *
             * 将格式转换为毫秒*/
            expiretime *= 1000;
        } else if (type == REDIS_RDB_OPCODE_EXPIRETIME_MS) {

            // 以毫秒计算的过期时间

            /* Milliseconds precision expire times introduced with RDB
             * version 3. */
            if ((expiretime = rdbLoadMillisecondTime(&rdb)) == -1) goto eoferr;

            /* We read the time so we need to read the object type again.
             *
             * 在过期时间之后会跟着一个键值对，我们要读入这个键值对的类型
             */
            if ((type = rdbLoadType(&rdb)) == -1) goto eoferr;
        }
            
        // 读入数据 EOF （不是 rdb 文件的 EOF）
        if (type == REDIS_RDB_OPCODE_EOF)
            break;

        /* Handle SELECT DB opcode as a special case 
         *
         * 读入切换数据库指示
         */
        if (type == REDIS_RDB_OPCODE_SELECTDB) {

            // 读入数据库号码
            if ((dbid = rdbLoadLen(&rdb,NULL)) == REDIS_RDB_LENERR)
                goto eoferr;

            // 检查数据库号码的正确性
            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);
            }

            // 在程序内容切换数据库
            db = server.db+dbid;

            // 跳过
            continue;
        }

        /* Read key 
         *
         * 读入键
         */
        if ((key = rdbLoadStringObject(&rdb)) == NULL) goto eoferr;

        /* Read value 
         *
         * 读入值
         */
        if ((val = rdbLoadObject(type,&rdb)) == 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. 
         *
         * 如果服务器为主节点的话，
         * 那么在键已经过期的时候，不再将它们关联到数据库中去
         */
        if (server.masterhost == NULL && expiretime != -1 && expiretime < now) {
            decrRefCount(key);
            decrRefCount(val);
            // 跳过
            continue;
        }

        /* Add the new object in the hash table 
         *
         * 将键值对关联到数据库中
         */
        dbAdd(db,key,val);

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

        decrRefCount(key);
    }

    /* Verify the checksum if RDB version is >= 5 
     *
     * 如果 RDB 版本 >= 5 ，那么比对校验和
     */
    if (rdbver >= 5 && server.rdb_checksum) {
        uint64_t cksum, expected = rdb.cksum;

        // 读入文件的校验和
        if (rioRead(&rdb,&cksum,8) == 0) goto eoferr;
        memrev64ifbe(&cksum);

        // 比对校验和
        if (cksum == 0) {
            redisLog(REDIS_WARNING,"RDB file was saved with checksum disabled: no check performed.");
        } else if (cksum != expected) {
            redisLog(REDIS_WARNING,"Wrong RDB checksum. Aborting now.");
            exit(1);
        }
    }

    // 关闭 RDB 
    fclose(fp);

    // 服务器从载入状态中退出
    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 */
}

函数int rdbLoad(char *filename) 中，很明显看出rdb的文件结构，如下：

内存数据库dump到硬盘中dump.rdb文件

使用函数rdbSave：

/* Save the DB on disk. Return REDIS_ERR on error, REDIS_OK on success 
 *
 * 将数据库保存到磁盘上。
 *
 * 保存成功返回 REDIS_OK ，出错/失败返回 REDIS_ERR 。
 */
int rdbSave(char *filename) {
    dictIterator *di = NULL;
    dictEntry *de;
    char tmpfile[256];
    char magic[10];
    int j;
    long long now = mstime();
    FILE *fp;
    rio rdb;
    uint64_t cksum;

    // 创建临时文件
    snprintf(tmpfile,256,"temp-%d.rdb", (int) getpid());
    fp = fopen(tmpfile,"w");
    if (!fp) {
        redisLog(REDIS_WARNING, "Failed opening .rdb for saving: %s",
            strerror(errno));
        return REDIS_ERR;
    }

    // 初始化 I/O
    rioInitWithFile(&rdb,fp);

    // 设置校验和函数
    if (server.rdb_checksum)
        rdb.update_cksum = rioGenericUpdateChecksum;

    // 写入 RDB 版本号
    snprintf(magic,sizeof(magic),"REDIS%04d",REDIS_RDB_VERSION);
    if (rdbWriteRaw(&rdb,magic,9) == -1) goto werr;

    // 遍历所有数据库
    for (j = 0; j < server.dbnum; j++) {

        // 指向数据库
        redisDb *db = server.db+j;

        // 指向数据库键空间
        dict *d = db->dict;

        // 跳过空数据库
        if (dictSize(d) == 0) continue;

        // 创建键空间迭代器
        di = dictGetSafeIterator(d);
        if (!di) {
            fclose(fp);
            return REDIS_ERR;
        }

        /* Write the SELECT DB opcode 
         *
         * 写入 DB 选择器
         */
        if (rdbSaveType(&rdb,REDIS_RDB_OPCODE_SELECTDB) == -1) goto werr;
        if (rdbSaveLen(&rdb,j) == -1) goto werr;

        /* Iterate this DB writing every entry 
         *
         * 遍历数据库，并写入每个键值对的数据
         */
        while((de = dictNext(di)) != NULL) {
            sds keystr = dictGetKey(de);
            robj key, *o = dictGetVal(de);
            long long expire;
            
            // 根据 keystr ，在栈中创建一个 key 对象
            initStaticStringObject(key,keystr);

            // 获取键的过期时间
            expire = getExpire(db,&key);

            // 保存键值对数据
            if (rdbSaveKeyValuePair(&rdb,&key,o,expire,now) == -1) goto werr;
        }
        dictReleaseIterator(di);
    }
    di = NULL; /* So that we don't release it again on error. */

    /* EOF opcode 
     *
     * 写入 EOF 代码
     */
    if (rdbSaveType(&rdb,REDIS_RDB_OPCODE_EOF) == -1) goto werr;

    /* CRC64 checksum. It will be zero if checksum computation is disabled, the
     * loading code skips the check in this case. 
     *
     * CRC64 校验和。
     *
     * 如果校验和功能已关闭，那么 rdb.cksum 将为 0 ，
     * 在这种情况下， RDB 载入时会跳过校验和检查。
     */
    cksum = rdb.cksum;
    memrev64ifbe(&cksum);
    rioWrite(&rdb,&cksum,8);

    /* Make sure data will not remain on the OS's output buffers */
    // 冲洗缓存，确保数据已写入磁盘
    if (fflush(fp) == EOF) goto werr;
    if (fsync(fileno(fp)) == -1) goto werr;
    if (fclose(fp) == EOF) goto werr;

    /* Use RENAME to make sure the DB file is changed atomically only
     * if the generate DB file is ok. 
     *
     * 使用 RENAME ，原子性地对临时文件进行改名，覆盖原来的 RDB 文件。
     */
    if (rename(tmpfile,filename) == -1) {
        redisLog(REDIS_WARNING,"Error moving temp DB file on the final destination: %s", strerror(errno));
        unlink(tmpfile);
        return REDIS_ERR;
    }

    // 写入完成，打印日志
    redisLog(REDIS_NOTICE,"DB saved on disk");

    // 清零数据库脏状态
    server.dirty = 0;

    // 记录最后一次完成 SAVE 的时间
    server.lastsave = time(NULL);

    // 记录最后一次执行 SAVE 的状态
    server.lastbgsave_status = REDIS_OK;

    return REDIS_OK;

werr:
    // 关闭文件
    fclose(fp);
    // 删除文件
    unlink(tmpfile);

    redisLog(REDIS_WARNING,"Write error saving DB on disk: %s", strerror(errno));

    if (di) dictReleaseIterator(di);

    return REDIS_ERR;
}

以上是大致rdb持优化的过程，细节还得继续扣代码。