redis源码分析(二)-rio(读写抽象层)

Redis io抽象层

Redis中涉及到多种io，如socket与file，为了统一对它们的操作，redis设计了一个抽象层，即rio，使用rio可以实现将数据写入到不同的底层io，但是接口相同。rio的实现在rio.h与rio.c源文件中，支持内存、文件、socket集合三类底层io。

1. struct rio

struct rio中声明了统一的io操作接口，并且包含一个底层io对象的union结构。使用不同的底层io初始化rio实例后，调用rio的抽象接口即会调用对应底层io的实现。以面向对象的思想即是，rio为抽象类，它拥有三个子类:buffer、file及fdset，这三个子类实现了抽象类声明的接口。使用者可以使用它们的父类rio进行编程，实现多态性。

以下是struct rio中抽象接口的声明(此处省略了一些其它的成员)：

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. */
　　...
};

每一个底层对象都需要实现它需要支持的接口，实例化rio时，rio结构中的函数指针将指向底io的实现。Redis是C语言实现，因此针对 三个底层io声明了三个对应的初始化函数：

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

这三个函数将初始化rio实例中的函数指针为它对应的抽象接口实现，并初始化union结构指向正确的底层io对象。

注意：rio接口中虽然声明了write操作与read操作，但是redis中仅将它们用于单向操作，即一个rio实例或者使用write操作，或者使用read操作，同一个rio实例不能既读又写。

2. buffer

以buffer为底层io的rio实例，write操作将参数buf中的数据copy到一个sds中(redis的字符串实现)。反之，它的read操作将会从一个sds中读取数据到参数buf指向的地址中。

抽象接口不支持seek操作，因此写操作仅能append，而读操作也只能从当前位置读数据。buffer对象的结构声明如下：

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

这里的pos记录了读写操作在buffer中的当前位置。

3. file

以file为底层io的rio实例，write操作将参数buf中的数据写入到文件中，而read操作则将file中的数据读到参数buf指向的内存地址中。file对象的抽象接口实现只需要简单的调用c语言的库函数即可。

同样由于抽象接口未声明seek操作，它的具体实现也没有实现seek操作。file对象的结构声明如下：

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

这里的buffered记录了写操作的累计数据量，而autosync为设置一个同步值，当buffered值超过autosync值后，会执行sync操作使数据同步到磁盘上，sync操作后将buffered值清零。

4. fdset

以fdset为底层io的rio实例可以同时将数据向多个目标写，在redis中主要用作master向它的多个slave发送同步数据，即使用fdset的write操作可以将一份数据向多个socket发送。对fdset的抽象大大地简化了redis的master向它的多个slave发送同步数据的 io操作

fdset不支持read操作。此外，它使用了类似buffer的一个sds实例作为缓存，数据首先被写入到该缓存中，当缓存中的数据超过一定数量，或者调用了flush操作，再将缓存中的数据发送到所有的socket中。fdset的结构声明如下：

        /* 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即所有的目标socket的文件描述符集合，state记录了这些文件描述符的状态(是否发生写错误)，numfds记录了集合的大小，buf为缓存，pos代表buf中下一个应该发送的数据的位置。