主從概述
redis 支持 master-slave（主從）模式，redis server 可以設置為另一個 redis server 的主機（從機），從機定期從主機拿數據。特殊的，一個 從機同樣可以設置為一個 redis server 的主機，這樣一來 master-slave 的分布看起來就是一個有向無環圖 DAG，如此形成 redis server 集群，無論是主機還是從機都是 redis server，都可以提供服務）。
在配置后，主機可負責讀寫服務，從機只負責讀。redis 提高這種配置方式，為的是讓其支持數據的弱一致性，即最終一致性。在業務中，選擇強一致性還是若已執行，應該取決於具體的業務需求，像微博，完全可以使用弱一致性模型；像淘寶，可以選用強一致性模型。
redis 主從復制的實現主要在 replication.c 中。
這篇文章涉及較多的代碼，但我已經盡量刪繁就簡，達到能說明問題本質。為了保留代碼的原生性並讓讀者能夠閱讀原生代碼的注釋，剖析 redis 的幾篇文章都沒有刪除代碼中的英文注釋，並已加注釋。
積壓空間
在《深入剖析 redis AOF 持久化策略》中，介紹了更新緩存的概念，舉一個例子：客戶端發來命令：set name Jhon，這一數據更新被記錄為：*3\r\n$3\r\nSET\r\n$4\r\nname\r\n$3\r\nJhon\r\n，並存儲在更新緩存中。
同樣，在主從連接中，也有更新緩存的概念。只是兩者的用途不一樣，前者被寫入本地，后者被寫入從機，這里我們把它成為積壓空間。
更新緩存存儲在 server.repl_backlog，redis 將其作為一個環形空間來處理，這樣做節省了空間，避免內存再分配的情況。
struct redisServer {
/* Replication (master) */
// 最近一次使用（訪問）的數據集
int slaveseldb; /* Last SELECTed DB in replication output */
// 全局的數據同步偏移量
long long master_repl_offset; /* Global replication offset */
// 主從連接心跳頻率
int repl_ping_slave_period; /* Master pings the slave every N seconds */
// 積壓空間指針
char *repl_backlog; /* Replication backlog for partial syncs */
// 積壓空間大小
long long repl_backlog_size; /* Backlog circular buffer size */
// 積壓空間中寫入的新數據的大小
long long repl_backlog_histlen; /* Backlog actual data length */
// 下一次向積壓空間寫入數據的起始位置
long long repl_backlog_idx; /* Backlog circular buffer current offset */
// 積壓數據的起始位置，是一個宏觀值
long long repl_backlog_off; /* Replication offset of first byte in the
backlog buffer. */
// 積壓空間有效時間
time_t repl_backlog_time_limit; /* Time without slaves after the backlog
gets released. */
}
積壓空間中的數據變更記錄是什么時候被寫入的？在執行一個 redis 命令的時候，如果存在數據的修改（寫），那么就會把變更記錄傳播。redis 源碼中是這么實現的：call()->propagate()->replicationFeedSlaves()
注釋：命令真正執行的地方在 call() 中，call() 如果發現數據被修改（dirty），則傳播 propagrate()，replicationFeedSlaves() 將修改記錄寫入積壓空間和所有已連接的從機。
這里可能會有疑問：為什么把數據添加入積壓空間，又把數據分發給所有的從機？為什么不僅僅將數據分發給所有從機呢？
因為有一些從機會因特殊情況（？？？）與主機斷開連接，注意從機斷開前有暫存主機的狀態信息，因此這些斷開的從機就沒有及時收到更新的數據。redis 為了讓斷開的從機在下次連接后能夠獲取更新數據，將更新數據加入了積壓空間。從 replicationFeedSlaves() 實現來看，在線的 slave 能馬上收到數據更新記錄；因某些原因暫時斷開連接的 slave，需要從積壓空間中找回斷開期間的數據更新記錄。如果斷開的時間足夠長，master 會拒絕 slave 的部分同步請求，從而 slave 只能進行全同步。
下面是源碼注釋：
// call() 函數是執行命令的核心函數，真正執行命令的地方
/* Call() is the core of Redis execution of a command */
void call(redisClient *c, int flags) {
......
/* Call the command. */
c->flags &= ~(REDIS_FORCE_AOF|REDIS_FORCE_REPL);
redisOpArrayInit(&server.also_propagate);
// 臟數據標記，數據是否被修改
dirty = server.dirty;
// 執行命令對應的函數
c->cmd->proc(c);
dirty = server.dirty-dirty;
duration = ustime()-start;
......
// 將客戶端請求的數據修改記錄傳播給 AOF 和從機
/* Propagate the command into the AOF and replication link */
if (flags & REDIS_CALL_PROPAGATE) {
int flags = REDIS_PROPAGATE_NONE;
// 強制主從復制
if (c->flags & REDIS_FORCE_REPL) flags |= REDIS_PROPAGATE_REPL;
// 強制 AOF 持久化
if (c->flags & REDIS_FORCE_AOF) flags |= REDIS_PROPAGATE_AOF;
// 數據被修改
if (dirty)
flags |= (REDIS_PROPAGATE_REPL | REDIS_PROPAGATE_AOF);
// 傳播數據修改記錄
if (flags != REDIS_PROPAGATE_NONE)
propagate(c->cmd,c->db->id,c->argv,c->argc,flags);
}
......
}
// 向 AOF 和從機發布數據更新
/* Propagate the specified command (in the context of the specified database id)
* to AOF and Slaves.
*
* flags are an xor between:
* + REDIS_PROPAGATE_NONE (no propagation of command at all)
* + REDIS_PROPAGATE_AOF (propagate into the AOF file if is enabled)
* + REDIS_PROPAGATE_REPL (propagate into the replication link)
*/
void propagate(struct redisCommand *cmd, int dbid, robj **argv, int argc,
int flags)
{
// AOF 策略需要打開，且設置 AOF 傳播標記，將更新發布給本地文件
if (server.aof_state != REDIS_AOF_OFF && flags & REDIS_PROPAGATE_AOF)
feedAppendOnlyFile(cmd,dbid,argv,argc);
// 設置了從機傳播標記，將更新發布給從機
if (flags & REDIS_PROPAGATE_REPL)
replicationFeedSlaves(server.slaves,dbid,argv,argc);
}
// 向積壓空間和從機發送數據
void replicationFeedSlaves(list *slaves, int dictid, robj **argv, int argc) {
listNode *ln;
listIter li;
int j, len;
char llstr[REDIS_LONGSTR_SIZE];
// 沒有積壓數據且沒有從機，直接退出
/* If there aren't slaves, and there is no backlog buffer to populate,
* we can return ASAP. */
if (server.repl_backlog == NULL && listLength(slaves) == 0) return;
/* We can't have slaves attached and no backlog. */
redisAssert(!(listLength(slaves) != 0 && server.repl_backlog == NULL));
/* Send SELECT command to every slave if needed. */
if (server.slaveseldb != dictid) {
robj *selectcmd;
// 小於等於 10 的可以用共享對象
/* For a few DBs we have pre-computed SELECT command. */
if (dictid >= 0 && dictid < REDIS_SHARED_SELECT_CMDS) {
selectcmd = shared.select[dictid];
} else {
// 不能使用共享對象，生成 SELECT 命令對應的 redis 對象
int dictid_len;
dictid_len = ll2string(llstr,sizeof(llstr),dictid);
selectcmd = createObject(REDIS_STRING,
sdscatprintf(sdsempty(),
"*2\r\n$6\r\nSELECT\r\n$%d\r\n%s\r\n",
dictid_len, llstr));
}
// 這里可能會有疑問：為什么把數據添加入積壓空間，又把數據分發給所有的從機？
// 為什么不僅僅將數據分發給所有從機呢？
// 因為有一些從機會因特殊情況（？？？）與主機斷開連接，注意從機斷開前有暫存
// 主機的狀態信息，因此這些斷開的從機就沒有及時收到更新的數據。redis 為了讓
// 斷開的從機在下次連接后能夠獲取更新數據，將更新數據加入了積壓空間。
// 將 SELECT 命令對應的 redis 對象數據添加到積壓空間
/* Add the SELECT command into the backlog. */
if (server.repl_backlog) feedReplicationBacklogWithObject(selectcmd);
// 將數據分發所有的從機
/* Send it to slaves. */
listRewind(slaves,&li);
while((ln = listNext(&li))) {
redisClient *slave = ln->value;
addReply(slave,selectcmd);
}
// 銷毀對象
if (dictid < 0 || dictid >= REDIS_SHARED_SELECT_CMDS)
decrRefCount(selectcmd);
}
// 更新最近一次使用（訪問）的數據集
server.slaveseldb = dictid;
// 將命令寫入積壓空間
/* Write the command to the replication backlog if any. */
if (server.repl_backlog) {
char aux[REDIS_LONGSTR_SIZE+3];
// 命令個數
/* Add the multi bulk reply length. */
aux[0] = '*';
len = ll2string(aux+1,sizeof(aux)-1,argc);
aux[len+1] = '\r';
aux[len+2] = '\n';
feedReplicationBacklog(aux,len+3);
// 逐個命令寫入
for (j = 0; j < argc; j++) {
long objlen = stringObjectLen(argv[j]);
/* We need to feed the buffer with the object as a bulk reply
* not just as a plain string, so create the $..CRLF payload len
* ad add the final CRLF */
aux[0] = '$';
len = ll2string(aux+1,sizeof(aux)-1,objlen);
aux[len+1] = '\r';
aux[len+2] = '\n';
/* 每個命令格式如下：
$3
*3
SET
*4
NAME
*4
Jhon*/
// 命令長度
feedReplicationBacklog(aux,len+3);
// 命令
feedReplicationBacklogWithObject(argv[j]);
// 換行
feedReplicationBacklog(aux+len+1,2);
}
}
// 立即給每一個從機發送命令
/* Write the command to every slave. */
listRewind(slaves,&li);
while((ln = listNext(&li))) {
redisClient *slave = ln->value;
// 如果從機要求全同步，則不對此從機發送數據
/* Don't feed slaves that are still waiting for BGSAVE to start */
if (slave->replstate == REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START) continue;
/* Feed slaves that are waiting for the initial SYNC (so these commands
* are queued in the output buffer until the initial SYNC completes),
* or are already in sync with the master. */
// 向從機命令的長度
/* Add the multi bulk length. */
addReplyMultiBulkLen(slave,argc);
// 向從機發送命令
/* Finally any additional argument that was not stored inside the
* static buffer if any (from j to argc). */
for (j = 0; j < argc; j++)
addReplyBulk(slave,argv[j]);
}
}
主從數據同步機制概述
redis 主從同步有兩種方式（或者所兩個階段）：全同步和部分同步。
主從剛剛連接的時候，進行全同步；全同步結束后，進行部分同步。當然，如果有需要，slave 在任何時候都可以發起全同步。redis 策略是，無論如何，首先會嘗試進行部分同步，如不成功，要求從機進行全同步，並啟動 BGSAVE……BGSAVE 結束后，傳輸 RDB 文件；如果成功，允許從機進行部分同步，並傳輸積壓空間中的數據。
下面這幅圖，總結了主從同步的機制：
如需設置 slave，master 需要向 slave 發送 SLAVEOF hostname port，從機接收到后會自動連接主機，注冊相應讀寫事件（syncWithMaster())。
// 修改主機
void slaveofCommand(redisClient *c) {
if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"no") &&
!strcasecmp(c->argv[2]->ptr,"one")) {
// slaveof no one 斷開主機連接
if (server.masterhost) {
replicationUnsetMaster();
redisLog(REDIS_NOTICE,"MASTER MODE enabled (user request)");
}
} else {
long port;
if ((getLongFromObjectOrReply(c, c->argv[2], &port, NULL) != REDIS_OK))
return;
// 可能已經連接需要連接的主機
/* Check if we are already attached to the specified slave */
if (server.masterhost && !strcasecmp(server.masterhost,c->argv[1]->ptr)
&& server.masterport == port) {
redisLog(REDIS_NOTICE,"SLAVE OF would result into synchronization with the master we are already connected with. No operation performed.");
addReplySds(c,sdsnew("+OK Already connected to specified master\r\n"));
return;
}
// 斷開之前連接主機的連接，連接新的。 replicationSetMaster() 並不會真正連接主機，只是修改 struct server 中關於主機的設置。真正的主機連接在 replicationCron() 中完成
/* There was no previous master or the user specified a different one,
* we can continue. */
replicationSetMaster(c->argv[1]->ptr, port);
redisLog(REDIS_NOTICE,"SLAVE OF %s:%d enabled (user request)",
server.masterhost, server.masterport);
}
addReply(c,shared.ok);
}
// 設置新主機
/* Set replication to the specified master address and port. */
void replicationSetMaster(char *ip, int port) {
sdsfree(server.masterhost);
server.masterhost = sdsdup(ip);
server.masterport = port;
// 斷開之前主機的連接
if (server.master) freeClient(server.master);
disconnectSlaves(); /* Force our slaves to resync with us as well. */
// 取消緩存主機
replicationDiscardCachedMaster(); /* Don't try a PSYNC. */
// 釋放積壓空間
freeReplicationBacklog(); /* Don't allow our chained slaves to PSYNC. */
// cancelReplicationHandshake() 嘗試斷開數據傳輸和主機連接
cancelReplicationHandshake();
server.repl_state = REDIS_REPL_CONNECT;
server.master_repl_offset = 0;
}
// 管理主從連接的定時程序定時程序，每秒執行一次
// 在 serverCorn() 中調用
/* --------------------------- REPLICATION CRON ----------------------------- */
/* Replication cron funciton, called 1 time per second. */
void replicationCron(void) {
......
// 如果需要（ REDIS_REPL_CONNECT），嘗試連接主機，真正連接主機的操作在這里
/* Check if we should connect to a MASTER */
if (server.repl_state == REDIS_REPL_CONNECT) {
redisLog(REDIS_NOTICE,"Connecting to MASTER %s:%d",
server.masterhost, server.masterport);
if (connectWithMaster() == REDIS_OK) {
redisLog(REDIS_NOTICE,"MASTER <-> SLAVE sync started");
}
}
......
}
全同步
接着自動發起 PSYNC 請求 master 進行全同步。無論如何，redis 首先會嘗試部分同步，如果失敗才嘗試全同步。而剛剛建立連接的 master-slave 需要全同步。
從機連接主機后，會主動發起 PSYNC 命令，從機會提供 master_runid 和 offset，主機驗證 master_runid 和 offset 是否有效？master_runid 相當於主機身份驗證碼，用來驗證從機上一次連接的主機，offset 是全局積壓空間數據的偏移量。
驗證未通過則，則進行全同步：主機返回 +FULLRESYNC master_runid offset（從機接收並記錄 master_runid 和 offset，並准備接收 RDB 文件）接着啟動 BGSAVE 生成 RDB 文件，BGSAVE 結束后，向從機傳輸，從而完成全同步。
// 連接主機 connectWithMaster() 的時候，會被注冊為回調函數
void syncWithMaster(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
char tmpfile[256], *err;
int dfd, maxtries = 5;
int sockerr = 0, psync_result;
socklen_t errlen = sizeof(sockerr);
......
// 這里嘗試向主機請求部分同步，主機會回復以拒絕或接受請求。如果拒絕部分同步，會返回 +FULLRESYNC master_runid offset
// 從機接收后准備進行全同步 psync_result = slaveTryPartialResynchronization(fd);
if (psync_result == PSYNC_CONTINUE) {
redisLog(REDIS_NOTICE, "MASTER <-> SLAVE sync: Master accepted a Partial Resynchronization.");
return;
}
// 執行全同步
/* Fall back to SYNC if needed. Otherwise psync_result == PSYNC_FULLRESYNC
* and the server.repl_master_runid and repl_master_initial_offset are
* already populated. */
// 未知結果，進行出錯處理
if (psync_result == PSYNC_NOT_SUPPORTED) {
redisLog(REDIS_NOTICE,"Retrying with SYNC...");
if (syncWrite(fd,"SYNC\r\n",6,server.repl_syncio_timeout*1000) == -1) {
redisLog(REDIS_WARNING,"I/O error writing to MASTER: %s",
strerror(errno));
goto error;
}
}
// 為什么要嘗試 5次？？？
/* Prepare a suitable temp file for bulk transfer */
while(maxtries--) {
snprintf(tmpfile,256,
"temp-%d.%ld.rdb",(int)server.unixtime,(long int)getpid());
dfd = open(tmpfile,O_CREAT|O_WRONLY|O_EXCL,0644);
if (dfd != -1) break;
sleep(1);
}
if (dfd == -1) {
redisLog(REDIS_WARNING,"Opening the temp file needed for MASTER <-> SLAVE synchronization: %s",strerror(errno));
goto error;
}
// 注冊讀事件，回調函數 readSyncBulkPayload()， 准備讀 RDB 文件
/* Setup the non blocking download of the bulk file. */
if (aeCreateFileEvent(server.el,fd, AE_READABLE,readSyncBulkPayload,NULL)
== AE_ERR)
{
redisLog(REDIS_WARNING,
"Can't create readable event for SYNC: %s (fd=%d)",
strerror(errno),fd);
goto error;
}
// 設置傳輸 RDB 文件數據的選項
// 狀態
server.repl_state = REDIS_REPL_TRANSFER;
// RDB 文件大小
server.repl_transfer_size = -1;
// 已經傳輸的大小
server.repl_transfer_read = 0;
// 上一次同步的偏移，為的是定時寫入磁盤
server.repl_transfer_last_fsync_off = 0;
// 本地 RDB 文件套接字
server.repl_transfer_fd = dfd;
// 上一次同步 IO 時間
server.repl_transfer_lastio = server.unixtime;
// 臨時文件名
server.repl_transfer_tmpfile = zstrdup(tmpfile);
return;
error:
close(fd);
server.repl_transfer_s = -1;
server.repl_state = REDIS_REPL_CONNECT;
return;
}
全同步請求的數據是 RDB 數據文件和積壓空間中的數據。關於 RDB 數據文件，請參看《深入剖析 redis RDB 持久化策略》。如果沒有后台持久化 BGSAVE 進程，那么 BGSVAE 會被觸發，否則所有請求全同步的 slave 都會被標記為等待 BGSAVE 結束。BGSAVE 結束后，master 會馬上向所有的從機發送 RDB 文件。
// 主機 SYNC 和 PSYNC 命令處理函數，會嘗試進行部分同步和全同步
/* SYNC ad PSYNC command implemenation. */
void syncCommand(redisClient *c) {
......
// 主機嘗試部分同步，失敗的話向從機發送 +FULLRESYNC master_runid offset，接着啟動 BGSAVE
// 執行全同步：
/* Full resynchronization. */
server.stat_sync_full++;
/* Here we need to check if there is a background saving operation
* in progress, or if it is required to start one */
if (server.rdb_child_pid != -1) {
/* 存在 BGSAVE 后台進程。
1.如果 master 現有所連接的所有從機 slaves 當中有存在 REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END 的從機，那么將從機 c 設置為 REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END；
2.否則，設置為 REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START*/
/* Ok a background save is in progress. Let's check if it is a good
* one for replication, i.e. if there is another slave that is
* registering differences since the server forked to save */
redisClient *slave;
listNode *ln;
listIter li;
// 檢測是否已經有從機申請全同步
listRewind(server.slaves,&li);
while((ln = listNext(&li))) {
slave = ln->value;
if (slave->replstate == REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END) break;
}
if (ln) {
// 存在狀態為 REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END 的從機 slave，
// 就將此從機 c 狀態設置為 REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END，
// 從而在 BGSAVE 進程結束后，可以發送 RDB 文件，
// 同時將從機 slave 中的更新復制到此從機 c。
/* Perfect, the server is already registering differences for
* another slave. Set the right state, and copy the buffer. */
// 將其他從機上的待回復的緩存復制到從機 c
copyClientOutputBuffer(c,slave);
// 修改從機 c 狀態為「等待 BGSAVE 進程結束」
c->replstate = REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END;
redisLog(REDIS_NOTICE,"Waiting for end of BGSAVE for SYNC");
} else {
// 不存在狀態為 REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END 的從機，就將此從機 c 狀態設置為 REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START，即等待新的 BGSAVE 進程的開啟。
// 修改狀態為「等待 BGSAVE 進程開始」
/* No way, we need to wait for the next BGSAVE in order to
* register differences */
c->replstate = REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START;
redisLog(REDIS_NOTICE,"Waiting for next BGSAVE for SYNC");
}
} else {
// 不存在 BGSAVE 后台進程，啟動一個新的 BGSAVE 進程
/* Ok we don't have a BGSAVE in progress, let's start one */
redisLog(REDIS_NOTICE,"Starting BGSAVE for SYNC");
if (rdbSaveBackground(server.rdb_filename) != REDIS_OK) {
redisLog(REDIS_NOTICE,"Replication failed, can't BGSAVE");
addReplyError(c,"Unable to perform background save");
return;
}
// 將此從機 c 狀態設置為 REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END，從而在 BGSAVE 進程結束后，可以發送 RDB 文件，同時將從機 slave 中的更新復制到此從機 c。
c->replstate = REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END;
// 清理腳本緩存？？？
/* Flush the script cache for the new slave. */
replicationScriptCacheFlush();
}
if (server.repl_disable_tcp_nodelay)
anetDisableTcpNoDelay(NULL, c->fd); /* Non critical if it fails. */
c->repldbfd = -1;
c->flags |= REDIS_SLAVE;
server.slaveseldb = -1; /* Force to re-emit the SELECT command. */
listAddNodeTail(server.slaves,c);
if (listLength(server.slaves) == 1 && server.repl_backlog == NULL)
createReplicationBacklog();
return;
}
// BGSAVE 結束后，會調用
/* A background saving child (BGSAVE) terminated its work. Handle this. */
void backgroundSaveDoneHandler(int exitcode, int bysignal) {
// 其他操作
......
// 可能從機正在等待 BGSAVE 進程的終止
/* Possibly there are slaves waiting for a BGSAVE in order to be served
* (the first stage of SYNC is a bulk transfer of dump.rdb) */
updateSlavesWaitingBgsave(exitcode == 0 ? REDIS_OK : REDIS_ERR);
}
// 當 RDB 持久化(backgroundSaveDoneHandler())結束后，會調用此函數
// RDB 文件就緒，給所有的從機發送 RDB 文件
/* This function is called at the end of every background saving.
* The argument bgsaveerr is REDIS_OK if the background saving succeeded
* otherwise REDIS_ERR is passed to the function.
*
* The goal of this function is to handle slaves waiting for a successful
* background saving in order to perform non-blocking synchronization. */
void updateSlavesWaitingBgsave(int bgsaveerr) {
listNode *ln;
int startbgsave = 0;
listIter li;
listRewind(server.slaves,&li);
while((ln = listNext(&li))) {
redisClient *slave = ln->value;
// 等待 BGSAVE 開始。調整狀態為等待下一次 BGSAVE 進程的結束
if (slave->replstate == REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START) {
startbgsave = 1;
slave->replstate = REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END;
// 等待 BGSAVE 結束。准備向 slave 發送 RDB 文件
} else if (slave->replstate == REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_END) {
struct redis_stat buf;
// 如果 RDB 持久化失敗， bgsaveerr 會被設置為 REDIS_ERR
if (bgsaveerr != REDIS_OK) {
freeClient(slave);
redisLog(REDIS_WARNING,"SYNC failed. BGSAVE child returned an error");
continue;
}
// 打開 RDB 文件
if ((slave->repldbfd = open(server.rdb_filename,O_RDONLY)) == -1 ||
redis_fstat(slave->repldbfd,&buf) == -1) {
freeClient(slave);
redisLog(REDIS_WARNING,"SYNC failed. Can't open/stat DB after BGSAVE: %s", strerror(errno));
continue;
}
slave->repldboff = 0;
slave->repldbsize = buf.st_size;
slave->replstate = REDIS_REPL_SEND_BULK;
// 如果之前有注冊寫事件，取消
aeDeleteFileEvent(server.el,slave->fd,AE_WRITABLE);
// 注冊新的寫事件,sendBulkToSlave() 傳輸 RDB 文件
if (aeCreateFileEvent(server.el, slave->fd, AE_WRITABLE, sendBulkToSlave, slave) == AE_ERR) {
freeClient(slave);
continue;
}
}
}
// startbgsave == REDIS_ERR 表示 BGSAVE 失敗，再一次進行 BGSAVE 嘗試
if (startbgsave) {
/* Since we are starting a new background save for one or more slaves,
* we flush the Replication Script Cache to use EVAL to propagate every
* new EVALSHA for the first time, since all the new slaves don't know
* about previous scripts. */
replicationScriptCacheFlush();
if (rdbSaveBackground(server.rdb_filename) != REDIS_OK) {
/*BGSAVE 可能 fork 失敗，所有等待 BGSAVE 的從機都將結束連接。這是 redis 自我保護的措施，fork 失敗很可能是內存緊張*/
listIter li;
listRewind(server.slaves,&li);
redisLog(REDIS_WARNING,"SYNC failed. BGSAVE failed");
while((ln = listNext(&li))) {
redisClient *slave = ln->value;
if (slave->replstate == REDIS_REPL_WAIT_BGSAVE_START)
freeClient(slave);
}
}
}
}
部分同步
如上所說，無論如何，redis 首先會嘗試部分同步。部分同步即把積壓空間緩存的數據，即更新記錄發送給從機。
從機連接主機后，會主動發起 PSYNC 命令，從機會提供 master_runid 和 offset，主機驗證 master_runid 和 offset 是否有效？
驗證通過則，進行部分同步：主機返回 +CONTINUE（從機接收后會注冊積壓數據接收事件），接着發送積壓空間數據。
// 連接主機 connectWithMaster() 的時候，會被注冊為回調函數
void syncWithMaster(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask) {
char tmpfile[256], *err;
int dfd, maxtries = 5;
int sockerr = 0, psync_result;
socklen_t errlen = sizeof(sockerr);
......
// 嘗試部分同步，主機允許進行部分同步會返回 +CONTINUE，從機接收后注冊相應的事件
/* Try a partial resynchonization. If we don't have a cached master
* slaveTryPartialResynchronization() will at least try to use PSYNC
* to start a full resynchronization so that we get the master run id
* and the global offset, to try a partial resync at the next
* reconnection attempt. */
// 函數返回三種狀態：
// PSYNC_CONTINUE：表示會進行部分同步，在 slaveTryPartialResynchronization()
// 中已經設置回調函數 readQueryFromClient()
// PSYNC_FULLRESYNC：全同步，會下載 RDB 文件
// PSYNC_NOT_SUPPORTED：未知
psync_result = slaveTryPartialResynchronization(fd);
if (psync_result == PSYNC_CONTINUE) {
redisLog(REDIS_NOTICE, "MASTER <-> SLAVE sync: Master accepted a Partial Resynchronization.");
return;
}
// 執行全同步
......
}
// 函數返回三種狀態：
// PSYNC_CONTINUE：表示會進行部分同步，已經設置回調函數
// PSYNC_FULLRESYNC：全同步，會下載 RDB 文件
// PSYNC_NOT_SUPPORTED：未知
#define PSYNC_CONTINUE 0
#define PSYNC_FULLRESYNC 1
#define PSYNC_NOT_SUPPORTED 2
int slaveTryPartialResynchronization(int fd) {
char *psync_runid;
char psync_offset[32];
sds reply;
/* Initially set repl_master_initial_offset to -1 to mark the current
* master run_id and offset as not valid. Later if we'll be able to do
* a FULL resync using the PSYNC command we'll set the offset at the
* right value, so that this information will be propagated to the
* client structure representing the master into server.master. */
server.repl_master_initial_offset = -1;
if (server.cached_master) {
// 緩存了上一次與主機連接的信息，可以嘗試進行部分同步，減少數據傳輸
psync_runid = server.cached_master->replrunid;
snprintf(psync_offset,sizeof(psync_offset),"%lld", server.cached_master->reploff+1);
redisLog(REDIS_NOTICE,"Trying a partial resynchronization (request %s:%s).", psync_runid, psync_offset);
} else {
// 未緩存上一次與主機連接的信息，進行全同步
// psync ? -1 可以獲取主機的 master_runid
redisLog(REDIS_NOTICE,"Partial resynchronization not possible (no cached master)");
psync_runid = "?";
memcpy(psync_offset,"-1",3);
}
// 向主機發送命令，並接收回復
/* Issue the PSYNC command */
reply = sendSynchronousCommand(fd,"PSYNC",psync_runid,psync_offset,NULL);
// 全同步
if (!strncmp(reply,"+FULLRESYNC",11)) {
char *runid = NULL, *offset = NULL;
/* FULL RESYNC, parse the reply in order to extract the run id
* and the replication offset. */
runid = strchr(reply,' ');
if (runid) {
runid++;
offset = strchr(runid,' ');
if (offset) offset++;
}
if (!runid || !offset || (offset-runid-1) != REDIS_RUN_ID_SIZE) {
redisLog(REDIS_WARNING,
"Master replied with wrong +FULLRESYNC syntax.");
/* This is an unexpected condition, actually the +FULLRESYNC
* reply means that the master supports PSYNC, but the reply
* format seems wrong. To stay safe we blank the master
* runid to make sure next PSYNCs will fail. */
memset(server.repl_master_runid,0,REDIS_RUN_ID_SIZE+1);
} else {
// 拷貝 runid
memcpy(server.repl_master_runid, runid, offset-runid-1);
server.repl_master_runid[REDIS_RUN_ID_SIZE] = '\0';
server.repl_master_initial_offset = strtoll(offset,NULL,10);
redisLog(REDIS_NOTICE,"Full resync from master: %s:%lld",
server.repl_master_runid,
server.repl_master_initial_offset);
}
/* We are going to full resync, discard the cached master structure. */
replicationDiscardCachedMaster();
sdsfree(reply);
return PSYNC_FULLRESYNC;
}
// 部分同步
if (!strncmp(reply,"+CONTINUE",9)) {
/* Partial resync was accepted, set the replication state accordingly */
redisLog(REDIS_NOTICE,
"Successful partial resynchronization with master.");
sdsfree(reply);
// 緩存主機替代現有主機，且為 PSYNC（部分同步） 做好准備c
replicationResurrectCachedMaster(fd);
return PSYNC_CONTINUE;
}
/* If we reach this point we receied either an error since the master does
* not understand PSYNC, or an unexpected reply from the master.
* Reply with PSYNC_NOT_SUPPORTED in both cases. */
// 接收到主機發出的錯誤信息
if (strncmp(reply,"-ERR",4)) {
/* If it's not an error, log the unexpected event. */
redisLog(REDIS_WARNING,
"Unexpected reply to PSYNC from master: %s", reply);
} else {
redisLog(REDIS_NOTICE,
"Master does not support PSYNC or is in "
"error state (reply: %s)", reply);
}
sdsfree(reply);
replicationDiscardCachedMaster();
return PSYNC_NOT_SUPPORTED;
}
// 主機 SYNC 和 PSYNC 命令處理函數，會嘗試進行部分同步和全同步
/* SYNC ad PSYNC command implemenation. */
void syncCommand(redisClient *c) {
......
// 主機嘗試部分同步，允許則進行部分同步，會返回 +CONTINUE，接着發送積壓空間
/* Try a partial resynchronization if this is a PSYNC command.
* If it fails, we continue with usual full resynchronization, however
* when this happens masterTryPartialResynchronization() already
* replied with:
*
* +FULLRESYNC <runid> <offset>
*
* So the slave knows the new runid and offset to try a PSYNC later
* if the connection with the master is lost. */
if (!strcasecmp(c->argv[0]->ptr,"psync")) {
// 部分同步
if (masterTryPartialResynchronization(c) == REDIS_OK) {
server.stat_sync_partial_ok++;
return; /* No full resync needed, return. */
} else {
// 部分同步失敗，會進行全同步，這時會收到來自客戶端的 runid
char *master_runid = c->argv[1]->ptr;
/* Increment stats for failed PSYNCs, but only if the
* runid is not "?", as this is used by slaves to force a full
* resync on purpose when they are not albe to partially
* resync. */
if (master_runid[0] != '?') server.stat_sync_partial_err++;
}
} else {
/* If a slave uses SYNC, we are dealing with an old implementation
* of the replication protocol (like redis-cli --slave). Flag the client
* so that we don't expect to receive REPLCONF ACK feedbacks. */
c->flags |= REDIS_PRE_PSYNC_SLAVE;
}
// 執行全同步：
......
}
// 主機嘗試是否能進行部分同步
/* This function handles the PSYNC command from the point of view of a
* master receiving a request for partial resynchronization.
*
* On success return REDIS_OK, otherwise REDIS_ERR is returned and we proceed
* with the usual full resync. */
int masterTryPartialResynchronization(redisClient *c) {
long long psync_offset, psync_len;
char *master_runid = c->argv[1]->ptr;
char buf[128];
int buflen;
/* Is the runid of this master the same advertised by the wannabe slave
* via PSYNC? If runid changed this master is a different instance and
* there is no way to continue. */
if (strcasecmp(master_runid, server.runid)) {
// 當因為異常需要與主機斷開連接的時候，從機會暫存主機的狀態信息，以便
// 下一次的部分同步。
// 1）master_runid 是從機提供一個因緩存主機的 runid，
// 2）server.runid 是本機（主機）的 runid。
// 匹配失敗，說明是本機（主機）不是從機緩存的主機，這時候不能進行部分同步，
// 只能進行全同步
// "?" 表示從機要求全同步
// 什么時候從機會要求全同步？？？
/* Run id "?" is used by slaves that want to force a full resync. */
if (master_runid[0] != '?') {
redisLog(REDIS_NOTICE,"Partial resynchronization not accepted: "
"Runid mismatch (Client asked for '%s', I'm '%s')",
master_runid, server.runid);
} else {
redisLog(REDIS_NOTICE,"Full resync requested by slave.");
}
goto need_full_resync;
}
// 從參數中解析整數，整數是從機指定的偏移量
/* We still have the data our slave is asking for? */
if (getLongLongFromObjectOrReply(c,c->argv[2],&psync_offset,NULL) !=
REDIS_OK) goto need_full_resync;
// 部分同步失敗的情況
if (!server.repl_backlog || /*不存在積壓空間*/
psync_offset < server.repl_backlog_off || /*psync_offset 太過小，
即從機錯過太多更新記錄，
安全起見，實行全同步*/
/*psync_offset 越界*/
psync_offset > (server.repl_backlog_off + server.repl_backlog_histlen))
// 經檢測，不滿足部分同步的條件，轉而進行全同步
{
redisLog(REDIS_NOTICE,
"Unable to partial resync with the slave for lack of backlog (Slave request was: %lld).", psync_offset);
if (psync_offset > server.master_repl_offset) {
redisLog(REDIS_WARNING,
"Warning: slave tried to PSYNC with an offset that is greater than the master replication offset.");
}
goto need_full_resync;
}
// 執行部分同步：
// 1）標記客戶端為從機
// 2）通知從機准備接收數據。從機收到 +CONTINUE 會做好准備
// 3）開發發送數據
/* If we reached this point, we are able to perform a partial resync:
* 1) Set client state to make it a slave.
* 2) Inform the client we can continue with +CONTINUE
* 3) Send the backlog data (from the offset to the end) to the slave. */
// 將連接的客戶端標記為從機
c->flags |= REDIS_SLAVE;
// 表示進行部分同步
// #define REDIS_REPL_ONLINE 9 /* RDB file transmitted, sending just
// updates. */
c->replstate = REDIS_REPL_ONLINE;
// 更新 ack 的時間
c->repl_ack_time = server.unixtime;
// 添加入從機鏈表
listAddNodeTail(server.slaves,c);
// 告訴從機可以進行部分同步，從機收到后會做相關的准備（注冊回調函數）
/* We can't use the connection buffers since they are used to accumulate
* new commands at this stage. But we are sure the socket send buffer is
* emtpy so this write will never fail actually. */
buflen = snprintf(buf,sizeof(buf),"+CONTINUE\r\n");
if (write(c->fd,buf,buflen) != buflen) {
freeClientAsync(c);
return REDIS_OK;
}
// 向從機寫積壓空間中的數據，積壓空間存儲有「更新緩存」
psync_len = addReplyReplicationBacklog(c,psync_offset);
redisLog(REDIS_NOTICE,
"Partial resynchronization request accepted. Sending %lld bytes of backlog starting from offset %lld.", psync_len, psync_offset);
/* Note that we don't need to set the selected DB at server.slaveseldb
* to -1 to force the master to emit SELECT, since the slave already
* has this state from the previous connection with the master. */
refreshGoodSlavesCount();
return REDIS_OK; /* The caller can return, no full resync needed. */
need_full_resync:
......
// 向從機發送 +FULLRESYNC runid repl_offset
}
暫緩主機
從機因為某些原因，譬如網絡延遲（PING 超時，ACK 超時等），可能會斷開與主機的連接。這時候，從機會嘗試保存與主機連接的信息，譬如全局積壓空間數據偏移量等，以便下一次的部分同步，並且從機會再一次嘗試連接主機。注意一點，如果斷開的時間足夠長， 部分同步肯定會失敗的。
void freeClient(redisClient *c) {
listNode *ln;
/* If this is marked as current client unset it */
if (server.current_client == c) server.current_client = NULL;
// 如果此機為從機，已經連接主機，可能需要保存主機狀態信息，以便進行 PSYNC
/* If it is our master that's beging disconnected we should make sure
* to cache the state to try a partial resynchronization later.
*
* Note that before doing this we make sure that the client is not in
* some unexpected state, by checking its flags. */
if (server.master && c->flags & REDIS_MASTER) {
redisLog(REDIS_WARNING,"Connection with master lost.");
if (!(c->flags & (REDIS_CLOSE_AFTER_REPLY|
REDIS_CLOSE_ASAP|
REDIS_BLOCKED|
REDIS_UNBLOCKED)))
{
replicationCacheMaster(c);
return;
}
}
......
}
// 為了實現部分同步，從機會保存主機的狀態信息后才會斷開主機的連接，主機狀態信息
// 保存在 server.cached_master
// 會在 freeClient() 中調用，保存與主機連接的狀態信息，以便進行 PSYNC
void replicationCacheMaster(redisClient *c) {
listNode *ln;
redisAssert(server.master != NULL && server.cached_master == NULL);
redisLog(REDIS_NOTICE,"Caching the disconnected master state.");
// 從客戶端列表刪除主機的信息
/* Remove from the list of clients, we don't want this client to be
* listed by CLIENT LIST or processed in any way by batch operations. */
ln = listSearchKey(server.clients,c);
redisAssert(ln != NULL);
listDelNode(server.clients,ln);
// 保存主機的狀態信息
/* Save the master. Server.master will be set to null later by
* replicationHandleMasterDisconnection(). */
server.cached_master = server.master;
// 注銷事件，關閉連接
/* Remove the event handlers and close the socket. We'll later reuse
* the socket of the new connection with the master during PSYNC. */
aeDeleteFileEvent(server.el,c->fd,AE_READABLE);
aeDeleteFileEvent(server.el,c->fd,AE_WRITABLE);
close(c->fd);
/* Set fd to -1 so that we can safely call freeClient(c) later. */
c->fd = -1;
// 修改連接的狀態，設置 server.master = NULL
/* Caching the master happens instead of the actual freeClient() call,
* so make sure to adjust the replication state. This function will
* also set server.master to NULL. */
replicationHandleMasterDisconnection();
}
總結
簡單來說，主從同步就是 RDB 文件的上傳下載；主機有小部分的數據修改，就把修改記錄傳播給每個從機。這篇文章詳述了 redis 主從復制的內部協議和機制。接下來的幾篇關於 redis 的文章，主要是其內部數據結構。
搗亂 2014-4-22