redis 服务器初始化

旧城等待， 2022-07-14 00:26 178阅读 0赞

## 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。

以下各个小节将介绍 Redis 服务器初始化的各个步骤。

### 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。

注解

为了简洁起见，上面只列出了单机情况下的 Redis 服务器信息，不包含 SENTINEL 、 MONITOR 、 CLUSTER 等功能的信息。

在这一步，程序创建一个 redisServer 结构的实例变量 server 用作服务器的全局状态，并将  server 的各个属性初始化为默认值。

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。

### 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。

等等。

为了让使用者按自己的要求配置服务器， Redis 允许用户在运行服务器时，提供相应的配置文件（config file）或者显式的选项（option）， Redis 在初始化完 server 变量之后，会读入配置文件和选项，然后根据这些配置来对  server 变量的属性值做相应的修改：

1.  如果单纯执行  redis-server 命令，那么服务器以默认的配置来运行 Redis 。
2.  另一方面， 如果给 Redis 服务器送入一个配置文件， 那么 Redis 将按配置文件的设置来更新服务器的状态。
    
    比如说， 通过命令 redis-server /etc/my-redis.conf ， Redis 会根据  my-redis.conf 文件的内容来对服务器状态做相应的修改。
3.  除此之外， 还可以显式地给服务器传入选项， 直接修改服务器配置。
    
    举个例子， 通过命令 redis-server \--port 10086 ， 可以让 Redis 服务器端口变更为 10086 。
4.  当然， 同时使用配置文件和显式选项也是可以的， 如果文件和选项有冲突的地方， 那么优先使用选项所指定的配置值。
    
    举个例子， 如果运行命令 redis-server /etc/my-redis.conf \--port  10086 ， 并且 my-redis.conf 也指定了  port 选项， 那么服务器将优先使用 \--port 10086 （实际上是选项指定的值覆盖了配置文件中的值）。

### 3. 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。

### 4. 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。 
 *  初始化这些数据结构。

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。

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：

_._
              _.-``__ ''-._
         _.-``    `.  `_.  ''-._           Redis 2.9.7 (7a47887b/1) 32 bit
     .-`` .-```.  ```\/    _.,_ ''-._
    (    '      ,       .-`  | `,    )     Running in stand alone mode
    |`-._`-...-` __...-.``-._|'` _.-'|     Port: 6379
    |    `-._   `._    /     _.-'    |     PID: 6717
     `-._    `-._  `-./  _.-'    _.-'
    |`-._`-._    `-.__.-'    _.-'_.-'|
    |    `-._`-._        _.-'_.-'    |           http://redis.io
     `-._    `-._`-.__.-'_.-'    _.-'
    |`-._`-._    `-.__.-'    _.-'_.-'|
    |    `-._`-._        _.-'_.-'    |
     `-._    `-._`-.__.-'_.-'    _.-'
         `-._    `-.__.-'    _.-'
             `-._        _.-'
                 `-.__.-'

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。

### 5. 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

### 6. 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。

以下是服务器在这一步打印的信息：

[6717] 22 Feb 11:59:14.830 * The server is now ready to accept connections on port 6379

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：

![../\_images/server.png][.._images_server.png]

## 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：

1.  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 。 
2.  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。 
3.  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。 
 *  客户端的查询缓冲（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。

注解

为了简洁起见，上面列出的客户端结构信息不包含复制（replication）的相关属性。

## 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：

1.  客户端通过套接字向服务器传送命令协议数据。 
2.  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。 
3.  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。 
4.  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。 
5.  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。

## 命令请求实例： SET 的执行过程 ##

为了更直观地理解命令执行的整个过程，我们用一个实际执行  *SET* 命令的例子来讲解命令执行的过程。

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，客户端调用写入函数，将协议内容 \*3\\r\\n$3\\r\\nSET\\r\\n$4\\r\\nYEAR\\r\\n$4\\r\\n2013\\r\\n" 写入连接到服务器的套接字中。

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。

以上就是 SET YEAR 2013 命令执行的整个过程。

## 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。

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