Rocksdb原理简介

本文分享自天翼云开发者社区《Rocksdb原理简介》，作者:l****n

Rocksdb作为当下nosql中性能的代表被各个存储组件（mysql、tikv、pmdk、bluestore）作为存储引擎底座，其基于LSM tree的核心存储结构（将随机写通过数据结构转化为顺序写）来提供高性能的写吞吐时保证了读性能。同时大量的并发性配置来降低compaction的影响。

涉及到的几个核心文件：

WAL

WriteAheadLog，rocksdb的日志，保存memtable中的信息。当memtable转化为immutable memtable并且Flush到L0层之后，之前WAL的会被清理，即于删除DB目录下的log文件。

在RocksDB中每一次数据的更新都会涉及到两个结构，一个是内存中的memtable(后续会刷新到磁盘成为SST)，第二个是WAL。

WAL主要的功能是当RocksDB异常退出后，能够恢复出错前的内存中(memtable)数据,因此RocksDB默认是每次用户写都会刷新数据到WAL。每次当当前WAL对应的内存数据(memtable)刷新到磁盘之后，都会新建一个WAL。

所有的WAL文件都是保存在WAL目录(options.wal_dir)，为了保证数据的状态，所有的WAL文件的名字都是按照顺序的(log_number)。

MANIFEST

在RocksDB中MANIFEST保存了存储引擎的内部的一些状态元数据，简单来说当系统异常重启，或者程序异常被退出之后，RocksDB需要有一种机制能够恢复到一个一致性的状态， 而这个一致性的状态就是靠MANIFEST来保证的.

MANIFEST在RocksDB中是一个单独的文件，而这个文件所保存的数据基本是来自于VersionEdit这个结构.

MANIFEST包含了两个文件，一个log文件一个包含最新MANIFEST文件名的文件，Manifest的log文件名是这样 MANIFEST-(seq number),这个seq会一直增长.只有当 超过了指定的大小之后，MANIFEST会刷新一个新的文件,当新的文件刷新到磁盘（并且文件名更新）之后，老的文件会被删除掉。这里可以认为每一次MANIFEST的更新都代表一次snapshot。

CURRENT

记录当前最新的MANIFEST文件编号

Memtable

常驻于内存中，在WAL写之后，记录具体的key-value数据。在RocksDB中，每个ColumnFamily都有自己的Memtable，Column Family之间互不影响。而在RocksDB中Memtable有多种实现，SkipList/HashSkipList/HashLinkList/Vector，默认的实现为SkipList（只有skiplist可以并发插入）。memtable大小以及个数可以由指定的参数进行控制：

write_buffer_size表示memtable的大小

max_write_buffer_number表示内存中最多可以同时存在多少个memtable的个数

Immutable memtable

当memtable被写满之后会生成一个新的memtable继续接受IO，旧的memtable就会变成immutable memtable，为只读的状态，且开始由后台线程Flush到磁盘的L0层sst。

SST

核心key-value的存储文件，比如DB目录下的000023.sst文件。默认分为L0~L7层，当满足一定条件时（本层sst总大小超过配置大小、WAL文件超过一定值）后台开启compaction任务，从当前层和下一层选取若干sst，做合并，并写入新的sst文件。

CcolumnFamily
RocksDB 3.0中加入了Column Family特性，加入这个特性之后，每一个KV对都会关联一个Column Family，其中默认的Column Family是 "default"。Column Family主要是提供给RocksDB一个逻辑的分区。从实现上来看不同的Column Family共享WAL，而都有自己的memtable和SST，同时拥有自己的配置。这就意味着我们可以快速方便的设置不同的属性的Column Family以及快速删除对应的Column Family。但是因为Column Family共享WAL，可能会咬住WAL，让WAL快速增长从而触发memtable的强制Flush。