redis源碼分析(二)-rio(讀寫抽象層)

Redis io抽象層

  Redis中涉及到多種io，如socket與file，為了統一對它們的操作，redis設計了一個抽象層，即rio，使用rio可以實現將數據寫入到不同的底層io，但是接口相同。rio的實現在rio.h與rio.c源文件中，支持內存、文件、socket集合三類底層io。

1. struct rio

  struct rio中聲明了統一的io操作接口，並且包含一個底層io對象的union結構。使用不同的底層io初始化rio實例后，調用rio的抽象接口即會調用對應底層io的實現。以面向對象的思想即是，rio為抽象類，它擁有三個子類:buffer、file及fdset，這三個子類實現了抽象類聲明的接口。使用者可以使用它們的父類rio進行編程，實現多態性。

以下是struct rio中抽象接口的聲明(此處省略了一些其它的成員)：

struct _rio {
    /* Backend functions.
     * Since this functions do not tolerate short writes or reads the return
     * value is simplified to: zero on error, non zero on complete success. */
    size_t (*read)(struct _rio *, void *buf, size_t len);
    size_t (*write)(struct _rio *, const void *buf, size_t len);
    off_t (*tell)(struct _rio *);
    int (*flush)(struct _rio *);
    /* The update_cksum method if not NULL is used to compute the checksum of
     * all the data that was read or written so far. The method should be
     * designed so that can be called with the current checksum, and the buf
     * and len fields pointing to the new block of data to add to the checksum
     * computation. */
    void (*update_cksum)(struct _rio *, const void *buf, size_t len);

　　...
/* Backend-specific vars. */
　　...
};

  每一個底層對象都需要實現它需要支持的接口，實例化rio時，rio結構中的函數指針將指向底io的實現。Redis是C語言實現，因此針對 三個底層io聲明了三個對應的初始化函數：

void rioInitWithFile(rio *r, FILE *fp);
void rioInitWithBuffer(rio *r, sds s);
void rioInitWithFdset(rio *r, int *fds, int numfds);

這三個函數將初始化rio實例中的函數指針為它對應的抽象接口實現，並初始化union結構指向正確的底層io對象。

注意：rio接口中雖然聲明了write操作與read操作，但是redis中僅將它們用於單向操作，即一個rio實例或者使用write操作，或者使用read操作，同一個rio實例不能既讀又寫。

2. buffer

  以buffer為底層io的rio實例，write操作將參數buf中的數據copy到一個sds中(redis的字符串實現)。反之，它的read操作將會從一個sds中讀取數據到參數buf指向的地址中。

  抽象接口不支持seek操作，因此寫操作僅能append，而讀操作也只能從當前位置讀數據。buffer對象的結構聲明如下：

 /* In-memory buffer target. */
        struct {
            sds ptr;
            off_t pos;
        } buffer;

這里的pos記錄了讀寫操作在buffer中的當前位置。

3. file

  以file為底層io的rio實例，write操作將參數buf中的數據寫入到文件中，而read操作則將file中的數據讀到參數buf指向的內存地址中。file對象的抽象接口實現只需要簡單的調用c語言的庫函數即可。

同樣由於抽象接口未聲明seek操作，它的具體實現也沒有實現seek操作。file對象的結構聲明如下：

        /* Stdio file pointer target. */
        struct {
            FILE *fp;
            off_t buffered; /* Bytes written since last fsync. */
            off_t autosync; /* fsync after 'autosync' bytes written. */
        } file;

這里的buffered記錄了寫操作的累計數據量，而autosync為設置一個同步值，當buffered值超過autosync值后，會執行sync操作使數據同步到磁盤上，sync操作后將buffered值清零。

4. fdset

  以fdset為底層io的rio實例可以同時將數據向多個目標寫，在redis中主要用作master向它的多個slave發送同步數據，即使用fdset的write操作可以將一份數據向多個socket發送。對fdset的抽象大大地簡化了redis的master向它的多個slave發送同步數據的 io操作

fdset不支持read操作。此外，它使用了類似buffer的一個sds實例作為緩存，數據首先被寫入到該緩存中，當緩存中的數據超過一定數量，或者調用了flush操作，再將緩存中的數據發送到所有的socket中。fdset的結構聲明如下：

        /* Multiple FDs target (used to write to N sockets). */
        struct {
            int *fds;       /* File descriptors. */
            int *state;     /* Error state of each fd. 0 (if ok) or errno. */
            int numfds;
            off_t pos;
            sds buf;
        } fdset;

fds即所有的目標socket的文件描述符集合，state記錄了這些文件描述符的狀態(是否發生寫錯誤)，numfds記錄了集合的大小，buf為緩存，pos代表buf中下一個應該發送的數據的位置。