关于redis:Redis核心原理与实践Redis启动过程源码分析

Redis 服务器负责接管解决用户申请，为用户提供服务。
Redis 服务器的启动命令格局如下：

redis-server [configfile] [options]

configfile 参数指定配置文件。options 参数指定启动配置项，它能够笼罩配置文件中的配置项，如

redis-server /path/to/redis.conf --port 7777 --protected-mode no

该命令启动 Redis 服务，并指定了配置文件 /path/to/redis.conf，给出了两个启动配置项：port、protected-mode。

本文通过浏览 Redis 源码，剖析 Redis 启动过程，内容摘自新书《Redis 外围原理与实际》。
本文波及 Redis 的很多概念，如事件循环器、ACL、Module、LUA、慢日志等，这些性能在作者新书《Redis 外围原理与实际》做了详尽剖析，感兴趣的读者能够参考本书。

服务器定义

提醒：本章代码如无非凡阐明，均在 server.h、server.c 中。

Redis 中定义了 server.h/redisServer 构造体，存储 Redis 服务器信息，包含服务器配置项和运行时数据（如网络连接信息、数据库 redisDb、命令表、客户端信息、从服务器信息、统计信息等数据）。

struct redisServer {
    pid_t pid;                  
    pthread_t main_thread_id;         
    char *configfile;           
    char *executable;           
    char **exec_argv;    
    ...
}

redisServer 中的属性很多，这里不一一列举，等到剖析具体性能时再阐明相干的 server 属性。
server.h 中定义了一个 redisServer 全局变量：

extern struct redisServer server;

本书说到的 server 变量，如无非凡阐明，都是指该 redisServer 全局变量。例如，第 1 局部说过 server.list_max_ziplist_size 等属性，正是指该变量的属性。
能够应用 INFO 命令获取服务器的信息，该命令次要返回以下信息：

• server：无关 Redis 服务器的惯例信息。
• clients：客户端连贯信息。
• memory：内存耗费相干信息。
• persistence：RDB 和 AOF 长久化信息。
• stats：惯例统计信息。
• replication：主 / 正本复制信息。
• cpu：CPU 耗费信息。
• commandstats：Redis 命令统计信息。
• cluster：Redis Cluster 集群信息。
• modules：Modules 模块信息。
• keyspace：数据库相干的统计信息。
• errorstats：Redis 谬误统计信息。

INFO 命令响应内容中除了 memory 和 cpu 等统计数据，其余数据大部分都保留在 redisServer 中。

main 函数

server.c/main 函数负责启动 Redis 服务：

int main(int argc, char **argv) {
    ...
    // [1]
    server.sentinel_mode = checkForSentinelMode(argc,argv);
    // [2]
    initServerConfig();
    ACLInit(); 
    
    moduleInitModulesSystem();
    tlsInit();

    // [3]
    server.executable = getAbsolutePath(argv[0]);
    server.exec_argv = zmalloc(sizeof(char*)*(argc+1));
    server.exec_argv[argc] = NULL;
    for (j = 0; j < argc; j++) server.exec_argv[j] = zstrdup(argv[j]);

    // [4]
    if (server.sentinel_mode) {initSentinelConfig();
        initSentinel();}

    // [5]
    if (strstr(argv[0],"redis-check-rdb") != NULL)
        redis_check_rdb_main(argc,argv,NULL);
    else if (strstr(argv[0],"redis-check-aof") != NULL)
        redis_check_aof_main(argc,argv);

    // more
}

【1】查看该 Redis 服务器是否以 sentinel 模式启动。
【2】initServerConfig 函数将 redisServer 中记录配置项的属性初始化为默认值。ACLInit 函数初始化 ACL 机制，moduleInitModulesSystem 函数初始化 Module 机制。
【3】记录 Redis 程序可执行门路及启动参数，以便后续重启服务器。
【4】如果以 Sentinel 模式启动，则初始化 Sentinel 机制。
【5】如果启动程序是 redis-check-rdb 或 redis-check-aof，则执行 redis_check_rdb_main 或 redis_check_aof_main 函数，它们尝试测验并修复 RDB、AOF 文件后便退出程序。
Redis 编译实现后，会生成 5 个可执行程序：

• redis-server：Redis 执行程序。
• redis-sentinel：Redis Sentinel 执行程序。
• redis-cli：Redis 客户端程序。
• redis-benchmark：Redis 性能压测工具。
• redis-check-aof、redis-check-rdb：用于测验和修复 RDB、AOF 长久化文件的工具。

持续剖析 main 函数：

int main(int argc, char **argv) {
    ...
    if (argc >= 2) {
        j = 1; 
        sds options = sdsempty();
        char *configfile = NULL;

        // [6]
        if (strcmp(argv[1], "-v") == 0 ||
            strcmp(argv[1], "--version") == 0) version();
        ...

        // [7]
        if (argv[j][0] != '-' || argv[j][1] != '-') {configfile = argv[j];
            server.configfile = getAbsolutePath(configfile);
            zfree(server.exec_argv[j]);
            server.exec_argv[j] = zstrdup(server.configfile);
            j++;
        }

       // [8]
        while(j != argc) {...}
        // [9]
        if (server.sentinel_mode && configfile && *configfile == '-') {
            ...
            exit(1);
        }
        // [10]
        resetServerSaveParams();
        loadServerConfig(configfile,options);
        sdsfree(options);
    }
    ...
}

【6】对 -v、–version、–help、-h、–test-memory 等命令进行优先解决。
strcmp 函数比拟两个字符串 str1、str2，若 str1=str2，则返回零；若 str1<str2，则返回正数；若 str1>str2，则返回负数。
【7】如果启动命令的第二个参数不是以“–”开始的，则是配置文件参数，将配置文件门路转化为绝对路径，存入 server.configfile 中。
【8】读取启动命令中的启动配置项，并将它们拼接到一个字符串中。
【9】以 Sentinel 模式启动，必须指定配置文件，否则间接报错退出。
【10】config.c/resetServerSaveParams 函数重置 server.saveparams 属性（该属性寄存 RDB SAVE 配置）。config.c/loadServerConfig 函数从配置文件中加载所有配置项，并应用启动命令配置项笼罩配置文件中的配置项。

提醒：config.c 中的 configs 数组定义了大多数配置选项与 server 属性的对应关系：

standardConfig configs[] = {createBoolConfig("rdbchecksum", NULL, IMMUTABLE_CONFIG, server.rdb_checksum, 1, NULL, NULL),
    createBoolConfig("daemonize", NULL, IMMUTABLE_CONFIG, server.daemonize, 0, NULL, NULL),
    ...
}

配置项 rdbchecksum 对应 server.rdb_checksum 属性，默认值为 1（即 bool 值 yes），其余配置项以此类推。如果读者须要查找配置项对应的 server 属性和默认值，则能够从中查找。

上面持续剖析 main 函数：

int main(int argc, char **argv) {
    ...
    // [11]    
    server.supervised = redisIsSupervised(server.supervised_mode);
    int background = server.daemonize && !server.supervised;
    if (background) daemonize();
    // [12]
    serverLog(LL_WARNING, "oO0OoO0OoO0Oo Redis is starting oO0OoO0OoO0Oo");
    ...
    
    // [13]
    initServer();
    if (background || server.pidfile) createPidFile();
    ...

    if (!server.sentinel_mode) {
        ...
        // [14]
        moduleLoadFromQueue();
        ACLLoadUsersAtStartup();
        InitServerLast();
        loadDataFromDisk();
        if (server.cluster_enabled) {if (verifyClusterConfigWithData() == C_ERR) {
                ...
                exit(1);
            }
        }
        ...
    } else {// [15]
        InitServerLast();
        sentinelIsRunning();
        ...
    }

    ...
    // [16]
    redisSetCpuAffinity(server.server_cpulist);
    setOOMScoreAdj(-1);
    // [17]
    aeMain(server.el);
    // [18]
    aeDeleteEventLoop(server.el);
    return 0;
}

【11】server.supervised 属性指定是否以 upstart 服务或 systemd 服务启动 Redis。如果配置了 server.daemonize 且没有配置 server.supervised，则以守护过程的形式启动 Redis。
【12】打印启动日志。
【13】initServer 函数初始化 Redis 运行时数据，createPidFile 函数创立 pid 文件。
【14】如果非 Sentinel 模式启动，则实现以下操作：
（1）moduleLoadFromQueue 函数加载配置文件指定的 Module 模块；
（2）ACLLoadUsersAtStartup 函数加载 ACL 用户管制列表；
（3）InitServerLast 函数负责创立后盾线程、I/ O 线程，该步骤需在 Module 模块加载后再执行；
（4）loadDataFromDisk 函数从磁盘中加载 AOF 或 RDB 文件。
（5）如果以 Cluster 模式启动，那么还须要验证加载的数据是否正确。
【15】如果以 Sentinel 模式启动，则调用 sentinelIsRunning 函数启动 Sentinel 机制。
【16】尽可能将 Redis 主线程绑定到 server.server_cpulist 配置的 CPU 列表上，Redis 4 开始应用多线程，该操作能够缩小不必要的线程切换，进步性能。
【17】启动事件循环器。事件循环器是 Redis 中的重要组件。在 Redis 运行期间，由事件循环器提供服务。
【18】执行到这里，阐明 Redis 服务已进行，aeDeleteEventLoop 函数革除事件循环器中的事件，最初退出程序。

Redis 初始化过程

上面看一下 initServer 函数，它负责初始化 Redis 运行时数据：

void initServer(void) {
    int j;
    // [1]
    signal(SIGHUP, SIG_IGN);
    signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
    setupSignalHandlers();
    // [2]
    makeThreadKillable();
    // [3]
    if (server.syslog_enabled) {
        openlog(server.syslog_ident, LOG_PID | LOG_NDELAY | LOG_NOWAIT,
            server.syslog_facility);
    }

    // [4]
    server.aof_state = server.aof_enabled ? AOF_ON : AOF_OFF;
    server.hz = server.config_hz;
    server.pid = getpid();
    ...

    
    // [5]
    createSharedObjects();
    adjustOpenFilesLimit();
    // [6]
    server.el = aeCreateEventLoop(server.maxclients+CONFIG_FDSET_INCR);
    if (server.el == NULL) {
        ...
        exit(1);
    }
    
    // more
}

【1】设置 UNIX 信号处理函数，使 Redis 服务器收到 SIGINT 信号后退出程序。
【2】设置线程随时响应 CANCEL 信号，终止线程，以便进行程序。
【3】如果开启了 Unix 系统日志，则调用 openlog 函数与 Unix 系统日志建设输入连贯，以便输入系统日志。
【4】初始化 server 中负责存储运行时数据的相干属性。
【5】createSharedObjects 函数创立共享数据集，这些数据可在各场景中共享应用，如小数字 0～9999、罕用字符串 +OK\r\n（命令解决胜利响应字符串）、+PONG\r\n（ping 命令响应字符串）。adjustOpenFilesLimit 函数尝试批改环境变量，进步零碎容许关上的文件描述符下限，防止因为大量客户端连贯（Socket 文件描述符）导致谬误。
【6】创立事件循环器。
UNIX 编程：信号也称为软中断，信号是 UNIX 提供的一种解决异步事件的办法，程序通过设置回调函数通知零碎内核，在信号产生后要做什么操作。零碎中很多场景会产生信号，例如：

• 用户按下某些终端键，使终端产生信号。例如，用户在终端按下了中断键（个别为 Ctrl+ C 组合键），会发送 SIGINT 信号告诉程序进行运行。
• 零碎中产生了某些特定事件，例如，当 alarm 函数设置的定时器超时，内核发送 SIGALRM 信号，或者一个过程终止时，内核发送 SIGCLD 信号给其父过程。
• 某些硬件异样，例如，除数为 0、有效的内存援用。
• 程序中应用函数发送信号，例如，调用 kill 函数将任意信号发送给另一个过程。
  感兴趣的读者能够自行深刻理解 UNIX 编程相干内容。

接着剖析 initServer 函数：

void initServer(void) {server.db = zmalloc(sizeof(redisDb)*server.dbnum);

    // [7]
    if (server.port != 0 &&
        listenToPort(server.port,server.ipfd,&server.ipfd_count) == C_ERR)
        exit(1);
    ...

    // [8]
    for (j = 0; j < server.dbnum; j++) {server.db[j].dict = dictCreate(&dbDictType,NULL);
        server.db[j].expires = dictCreate(&keyptrDictType,NULL);
        ...
    }

    // [9]
    evictionPoolAlloc(); 
    server.pubsub_channels = dictCreate(&keylistDictType,NULL);
    server.pubsub_patterns = listCreate();
    ...
}

【7】如果配置了 server.port，则开启 TCP Socket 服务，接管用户申请。如果配置了 server.tls_ port，则开启 TLS Socket 服务，Redis 6.0 开始反对 TLS 连贯。如果配置了 server.unixsocket，则开启 UNIX Socket 服务。如果下面 3 个选项都没有配置，则报错退出。
【8】初始化数据库 server.db，用于存储数据。
【9】evictionPoolAlloc 函数初始化 LRU/LFU 样本池，用于实现 LRU/LFU 近似算法。
持续初始化 server 中存储运行时数据的相干属性：

void initServer(void) {
    ...
    // [10]
    if (aeCreateTimeEvent(server.el, 1, serverCron, NULL, NULL) == AE_ERR) {serverPanic("Can't create event loop timers.");
        exit(1);
    }

    // [11]
    for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) {if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd[j], AE_READABLE,
            acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR)
            {
                serverPanic("Unrecoverable error creating server.ipfd file event.");
            }
    }
    ...

    // [12]
    aeSetBeforeSleepProc(server.el,beforeSleep);
    aeSetAfterSleepProc(server.el,afterSleep);

    // [13]
    if (server.aof_state == AOF_ON) {
        server.aof_fd = open(server.aof_filename,
                               O_WRONLY|O_APPEND|O_CREAT,0644);
        ...
    }

    // [14]
    if (server.arch_bits == 32 && server.maxmemory == 0) {
        ...
        server.maxmemory = 3072LL*(1024*1024); /* 3 GB */
        server.maxmemory_policy = MAXMEMORY_NO_EVICTION;
    }
    // [15]
    if (server.cluster_enabled) clusterInit();
    replicationScriptCacheInit();
    scriptingInit(1);
    slowlogInit();
    latencyMonitorInit();}

【10】创立一个工夫事件，执行函数为 serverCron，负责解决 Redis 中的定时工作，如清理过期数据、生成 RDB 文件等。
【11】别离为 TCP Socket、TSL Socks、UNIX Socket 注册监听 AE_READABLE 类型的文件事件，事件处理函数别离为 acceptTcpHandler、acceptTLSHandler、acceptUnixHandler，这些函数负责接管 Socket 中的新连贯，本书后续会详细分析 acceptTcpHandler 函数。
【12】注册事件循环器的钩子函数，事件循环器在每次阻塞前后都会调用钩子函数。
【13】如果开启了 AOF，则事后关上 AOF 文件。
【14】如果 Redis 运行在 32 位操作系统上，因为 32 位操作系统内存空间限度为 4GB，所以将 Redis 应用内存限度为 3GB，防止 Redis 服务器因内存不足而解体。
【15】如果以 Cluster 模式启动，则调用 clusterInit 函数初始化 Cluster 机制。

• replicationScriptCacheInit 函数初始化 server.repl_scriptcache_dict 属性。
• scriptingInit 函数初始化 LUA 机制。
• slowlogInit 函数初始化慢日志机制。
• latencyMonitorInit 函数初始化提早监控机制。

总结：

• redisServer 构造体存储服务端配置项、运行时数据。
• server.c/main 是 Redis 启动办法，负责加载配置，初始化数据库，启动网络服务，创立并启动事件循环器。

文章最初，介绍一下新书《Redis 外围原理与实际》，本书通过深入分析 Redis 6.0 源码，总结了 Redis 外围性能的设计与实现。通过浏览本书，读者能够深刻了解 Redis 外部机制及最新个性，并学习到 Redis 相干的数据结构与算法、Unix 编程、存储系统设计，分布式系统架构等一系列常识。
通过该书编辑批准，我会持续在集体技术公众号（binecy）公布书中局部章节内容，作为书的预览内容，欢送大家查阅，谢谢。

语雀平台预览：《Redis 外围原理与实际》
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