redis数据库

服务器的数据库

struct redisServer {
 
  int dbnum;
  redisDb *db;
};

每个redisDb代表一个数据库，dbnum表示服务器数据库个数。默认会创建16个，由database配置选项决定。

数据库键值对都是robj对象，

数据库切换

每个redis客户端都有一个目标数据库，可以通过SELECT选择，默认是db[0]数据库。

SELECT 2 即选择db[2]数据库

客户端状态redisClient种db属性记录目标数据库。但是从命令方面，客户端不知道自己正在使用哪个数据库。

键空间

redis是一个键值对数据库服务器，每个数据库由redisDb表示。

typedef struct redisDb {
  dict *dict; // 键空间：保存所有键值对
} redisDb;

dict属性持有所有键值对，称为键空间。键即是字符串对象，值即是redis对象。 针对数据库增删改查操作，即是对字典dict的操作。

SET date "2023-01-10"
DEL date

还有一些是针对键空间操作，比如FLUSHDB会删除所有键值对，RANDOMKEY随机返回键值。 DBSIZE返回键值对数量，EXISTS,RENAME,KEYS等。

读写键空间时的维护操作

使用命令进行读写时候，还有一些额外维护操作：

• 读取键时候（读写都要读取键），会根据键是否存在更新INFO stats命令的keyspace_hits 和 keyspace_misses指标，这两个表示是否命中，即键是否在服务器。
• 读取键后，会更新键的LRU
• 读取键发现键过期们就会删除键，在执行。
• 如果客户端使用WATCH命令监视这个键，服务器修改键之后会将其标记为dirty，让事务程序注意。
• 服务器每次修改一个键，脏键计数器都会+1，之后会触发持久化或复制。
• 如果开启了数据库通知功能，键修改后，还当按配置发送通知。

键生存/过期

通过EXPIRE或者PEXPIRE（毫秒级）命令，客户端指定键的生存时间TTL，经过指定时间，服务器自动删除剩余时间为0的键。

类似，EXPIREAT或者PEXPIREAT表示在某个UNIX时间戳过期。

TTL命令和PTTL命令则返回键的剩余时间

设置过期时间的实现

都可以转化为PEXPIREAT执行。

### 数据库保存键过期时间

typedef struct redisDb {
// …
  dict* expires; // 过期字典：保存所有键的过期时间。
} redisDb;

过期字典的键是一个指针，指向键空间的某个键。

过期字典的值是一个long long的整数，保存对应的过期时间——毫秒级的unix时间戳。

移除过期时间

PERSIST命令移除键的过期时间。会从过期字典移除。

过期键的判定

通过TTL和PTTL返回

删除策略

删除策略，已知一个键过期，如何删除？

• 定时删除：对键设置过期时间同时，创建定时器，定时器到了立即执行。
• 惰性删除：每次从键空间读键时候，过期则删除。
• 定期删除：每隔一段时间，数据库检查，删除过期键。

定时删除

优点：定时删除能及时释放内存。

缺点：

1. 如果过期键比较多，同一时间会删除大量键，占用大量CPU时间。
2. redis创建定时器需要时间时间，时间事件实现方式是无序链表，复杂度0(N)，大量事件事件不能高效处理

事实上，如果有大量命令请求需要处理，又不缺少内存，不应该此时去处理过期键，而是优先命令请求。

综述：所以并不现实。

惰性删除

优点：对CPU友好，只在非做不可情况下去做，且可以直接删除当前处理键。

缺点：无用的垃圾数据会占用大量内存。

比如，记录一些log，记录后很少访问，内存大大浪费。

定期删除

定期删除策略为折中，但难度在于设置删除频率。

RDB持久化

RDB 格式

在 Redis RDB 文件中，文件标记（magic values）用于区分数据结构、类型和边界，确保存储和解析一致。选择合适的值通常遵循以下原则：

1. 唯一性：确保标记值不会与正常数据冲突。（普通数据不会用到的字节）
2. 可扩展性：预留空间，避免未来变更影响格式
3. 易解析：选择固定字节长度，避免不必要的位运算

总结

这些值是 Redis 选择的标准，它们能确保 RDB 高效、可扩展、易解析。🚀

Redis BGSAVE

Redis 在 BGSAVE 过程中，使用 Linux 信号（signal）机制 来管理主进程和子进程的通信，确保 BGSAVE 进程状态能够被正确追踪。

1. signal 机制在 Redis BGSAVE 的作用

Redis 采用 SIGCHLD 信号 监测 BGSAVE 进程的退出：

• 子进程 exit(0)（成功）或 exit(1)（失败）后，Linux 自动向父进程发送 SIGCHLD 信号。
• 父进程通过 SIGCHLD 处理函数 sigChildHandler() 识别 BGSAVE 的结果：
  • 成功：更新 server.lastsave（最后成功 BGSAVE 的时间）。
  • 失败：清理 server.rdb_child_pid，避免误判进程状态。

1. BGSAVE 触发流程

2. Redis 主进程 调用 fork() 创建 BGSAVE 子进程：
   • 子进程 执行 rdbSave() 写入 RDB 文件。
   • 父进程 继续接收客户端请求，等待 SIGCHLD。
3. 子进程执行 rdbSave() 完成后，调用 exit(0) 退出：
   • 操作系统自动向父进程发送 SIGCHLD 信号。
4. Redis 主进程收到 SIGCHLD 信号，进入 sigChildHandler()：
   • waitpid() 处理子进程状态。
   • server.lastsave = server.unixtime; 更新 BGSAVE 完成时间。
   • server.rdb_child_pid = -1; 清空 BGSAVE 进程 ID。
5. 代码实现

(1) fork() 创建 BGSAVE 进程

在 rdbSaveBackground()：

if ((childpid = fork()) == 0) {
   /* 这是子进程，执行 rdbSave() */
   if (rdbSave(server.rdb_filename) == C_OK) {
     exit(0); // 成功，返回 0
   } else {
     exit(1); // 失败，返回 1
   }
 }

✅ 子进程成功执行 rdbSave() 后，调用 exit(0) 退出。

(2) SIGCHLD 处理

Redis 在 setupSignalHandlers() 里注册 SIGCHLD 处理函数：

signal(SIGCHLD, sigChildHandler);

SIGCHLD 触发时，调用 sigChildHandler()：

void sigChildHandler(int sig) {
   pid_t pid;
   int stat;
   
   // 处理多个可能结束的子进程
   while ((pid = waitpid(-1, &stat, WNOHANG)) > 0) {
     if (pid == server.rdb_child_pid) {
       // 子进程退出时，检查状态
       if (WIFEXITED(stat) && WEXITSTATUS(stat) == 0) {
         server.lastsave = server.unixtime; // 记录成功时间
       }
       server.rdb_child_pid = -1; // 清空 RDB 进程 ID
     }
   }
 }

✅ waitpid(-1, &stat, WNOHANG) 作用：

• -1：等待任何子进程。
• WNOHANG：如果没有子进程退出，不阻塞进程。

1. 总结

✅ SIGCHLD 机制 让 Redis 父进程可以正确追踪 BGSAVE 的状态，而无需主动查询子进程。