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Redis源码分析之事件循环

本篇我们来讲Redis的事件循环,Redis的事件循环会根据系统选择evport、epoll、kqueue或select来进行IO多路复用,我们这里只分析epoll。

首先我们来看一下Redis的IO多路复用对事件循环(aeEventLoop)提供的接口。

以epoll(ae_epoll.c)为例,先来看一下Redis的IO多路复用的使用过程:

首先需要创建,即调用aeApiCreate:

aeApiState结构体有两个成员,events和epfd。events用于存储就绪的epoll事件,epfd存储epoll的文件描述符。aeApiCreate的主要逻辑是为aeApiState分配存储空间,调用epoll_create系统调用创建epoll并获取描述符,最后将aeApiState赋值给aeEventLoop的apidata。

然后在有新的文件描述符(比早链羡如接受了一个新连接)需要加入到epoll中时,调用aeApiAddEvent:

参数fd是需要监视的文件描述符,mask标明是需要监视可读还是可写事件唤雀。aeApiAddEvent的主要逻辑是调用系统调用epoll_ctl注册或修改添加事件的监听类型陆拍到epoll。

然后在有文件描述符失效或者需要修改监听类型时,调用aeApiDelEvent:

参数fd是需要删除的文件描述符,mask标明是需要删除可读还是可写事件。aeApiDelEvent主要逻辑是调用系统调用epoll_ctl删除或修改删除事件的监听类型到epoll。

然后需要检查是否有就绪的事件,调用aeApiPoll:

tvp是等待时间,一般而言,这个值是0(不是NULL)代表没有就绪事件立即返回。主要逻辑是调用系统调用epoll_wait拿到就绪事件保存到events中,然后将events中的就绪事件复制到事件循环aeEventLoop的fired中,最后返回就绪事件的数量。

我们来分析一下Redis的事件循环(ae.c)。

先看主要接口:

创建过程:

初始化aeEventLoop和aeApiState并返回aeEventLoop。

注册文件事件:

存储到events中并调用aeApiAddEvent注册到epoll中。

注册定时事件:

创建aeTimeEvent并将其插入到定时事件链表的头部。

主循环:

不停的调用aeProcessEvents拉取并处理事件。

接下来看aeProcessEvents的逻辑:

再看一下定时事件的触发,也就是processTimeEvents的逻辑:

遍历注册的定时事件,找出到期的事件并调用处理函数,如果处理函数返回了下次执行的时间,则更新下次触发的时间,否则删除该事件。

[img]

redis专题1:redis 高性能的原理-宏观层面

基于四点

1.内存操作,避免了磁盘io

2.单线程处理网络请求,避免线程切换和竞争

3.多路I/O复用

4.Redis直接自己构建了VM 机制 ,一般的系统调用系统函数的话,会浪费一定的时间去移动和请求

主要说一个I/O模型

多路I/O复用具体的原理见原文链接

依赖的是epoll IO多路复用模型

epoll create的时候会建立一个evevtpoll对象,具体就是一个红黑树,一个双向链表,核心就是这两个数据结构。

epoll_ctl时,如果增加socket句柄,则检查在红黑树中是否存在,存在立即返回,不存在则添加到树干上,然后向内核注册回调函数,如果这个句柄的中断到了,就把它放到准备就绪list链表里。(举锋比较selector模式,每次只需要去就绪链表侍中中处理事件即可,不需要轮询整个集合)

epoll_wait时立刻返回准备就绪链表里的数据即可。

       1. epoll 没有最大并发连接的限制,上限是最大可以打开文件的数目,这个数字一般远大正谈晌于 2048, 一般来说这个数目和系统内存关系很大  ,具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。

2. 效率提升, Epoll 最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接 ,而跟连接总数无关,因此在实际的网络环境中, Epoll 的效率就会远远高于 select 和 poll 。

3. 内存拷贝, Epoll 在这点上使用了“共享内存 ”,这个内存拷贝也省略了,selector/poll模式需要把fd集合从用户态拷贝到内核态,去检查是否有事件发生

关于redis的异步api,为什么很少有人用异步方式?没必要吗

redis服务实现采用epoll模式,同步方式吞吐量绝大部分情况下已经可以满足需求了猛氏。

虽然不知拍郑redis异步方袭知颂式代码是如何,但是一般异步方式处理都比较复杂,后期维护麻烦,所以很少有人用吧。

四个大点,搞懂 Redis 到底快在哪里?

现在我们都用高级语言来编程,比如Java、python等。也许你会觉得C语言很古老,但是它真的很有用,毕竟unix系统就是用C实现的,所以C语言是非常贴近操作系统的语言。Redis就是用C语言开发的,所以执行会比较快。

Redis将所有数据放在内存中,非数据同步正常工作中,是不需要从磁盘读取数据的,0次IO。内存响应时间大约为100纳秒,这是Redis速度快搜裤的重要基础。先看看CPU的速度:

拿我的电脑来说,主频是3.1G,也就是说每秒可以执行3.1*10^9个指令。所以说CPU看世界是非常非常慢的,内存比它慢百倍,磁盘比他慢百万倍,你说快不快?

借了一张《深入理解计算机系统》的图,展示了一个典型的存储器层次结构,在L0层,CPU可以在一个时钟周期访问到,基于SRAM的高速缓存春续期,可以在几个CPU时钟周期访问到,然后是基于DRAM的主存,可以在几十到几百个时钟周期访问到他们。

第一,单线程简化算法的实现,并发的数据结构实现不但困难且测试也麻烦。第二,单线程避免了线程切换以及加锁释放锁带来的消耗,对于服务端开发来说,锁和线程切换通常是性能杀手。当然了,单线程也会有它的缺点,也是Redis的噩梦: 阻塞。如果执行一个命令过长,那么会造成其他命令的阻塞,对于Redis是十分致命的 ,所以Redis是面向快速执行场景的数据库。

除了Redis之外,Node.js也是单线程,Nginx也是单线程,但他们都是服务器高性能的典范。

在这之前先要说一下传统的阻塞I/O是如何工作的:当使用read或者write对某一文件描述符(File Descriptor FD)进行读写的时候,世伍简如果数据没有收到,那么该线程会被挂起,直到收到数据。阻塞模型虽然易于理解,但是在需要处理多个客户端任务的时候,不会使用阻塞模型。

I/O多路复用实际上是指多个连接的**管理可以在同一进程。**多路是指网络连接,复用只是同一个线程。在网络服务中,I/O多路复用起的作用是一次性把多个连接的事件通知业务代码处理,处理的方式由业务代码来决定。在I/O多路复用模型中,最重要的函数调用就是I/O 多路复用函数,该方法能同时监控多个文件描述符(fd)的读写情况,当其中的某些fd可读/写时,该方法就会返回可读/写的fd个数。

Redis使用epoll作为I/O多路复用技术的实现,再加上Redis自身的事件处理模型将epoll的read、write、close等都转换成事件,不在网络I/O上浪费过多的时间。实现对多个FD读写的监控,提高性能。

举个形象的例子吧。比如一个tcp服务器处理20个客户端socket。A方案:顺序处理,如果第一个socket因为网卡读数据处理慢了,一阻塞后面都玩蛋去。B方案:每个socket请求都创建一个分身子进程来处理,不说每个进程消耗大量系统资源,光是进程切换就够操作系统累的了。C方案**(I/O复用模型,epoll) :将用户socket对应的fd注册进epoll(实际上服务器和操作系统之间传递的不是socket的fd而是fd_set的数据结构),然后epoll只告诉哪些需要读/写的socket,只需要处理那些活跃的、有变化的socket fd的就好了。这样,整个过程只在调用epoll的时候才会阻塞,收发客户消息是不会阻塞的。

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