Linux c 开发

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　　文章列表：
　　《Linux c 开发 - Memcached源码分析之基于Libevent的网络模型（1）》
　　《Linux c 开发 - Memcached源码分析之命令解析（2）》
　　《Linux c 开发 - Memcached源码分析之消息回应（3）  》
　　《Linux c 开发 - Memcached源码分析之HashTable（4） 》
　　《Linux c 开发 - Memcached源码分析之增删改查操作（5） 》
　　《Linux c 开发 - Memcached源码分析之LRU算法（6）》
　　《Linux c 开发 - Memcached源码分析之存储机制Slabs（7）》
　　《Linux c 开发 - Memcached源码分析之总结篇（8）》




　　Memcached源码分析共8篇文章，前7篇文章主要分析每个模块的c源代码。这一篇文章主要是将之前的流程串起来，总结和回顾。同时通过这篇文章可以全局去看Memcached的结构。
　　



Memcache的网络模型
　　1. Memcached主要是基于Libevent 网络事件库进行开发的。
　　2. Memcached的网络模型分为两部分：主线程和工作线程。主线程主要用来接收客户端的连接信息；工作线程主要用来接管客户端连接，处理具体的业务逻辑。默认情况下会开启8个工作线程。
　　3. 主线程和工作线程之间主要是通过pipe管道来进行通信。当主线程接收到客户端的连接的时候，会通过轮询的方式选择一个工作线程，然后向该工作线程的管道pipe写数据。工作线程监听到管道中有数据写入的时候，就会触发代码逻辑去接管客户端的连接。
　　4. 每个工作线程也是基于Libevent的事件机制，当客户端有数据写入的时候，就会触发读取的操作。
　　详细的源码解读还是请看网络模型这一章节，下面是一张Memcached的网络模型图：

　　


　　



Memcached的命令解析和消息回应
　　1. 每一个客户端连接都会维护一个struct conn的数据结构。该结构主要用来保存客户端的连接相关信息，以及读取客户端数据的buf结构，以及消息回应的iov和msghdr数据结构。
　　2. Memcached的命令是通过\n符号来进行分割的。当接收到一串命令之后，会去检查rbuf中是否有\n符号，如果没有，则继续等待客户端的数据到来；如果有\n符号，则去解析这个命令。
　　3. 每个命令行命令的参数，都是通过空格符号分割的。例如：get username。通过空格符号，将命令分解成N（N小于8）个部分，然后放入tokens的一个数组中。然后就可以通过不同的操作命令，来调用不同的业务逻辑。
　　4. Memcached的消息回应主要是通过封装iov和msghdr的数据结构，调用sendmsg方法来向客户端发送数据。客户端也是通过\n的符号来分隔命令行。
　　具体的源码解析，需要详细看命令解析和消息回应的章节。
　　看一下conn结构中比较重要的几个参数:

　　然后看一下整个命令解析和消息回应的流程图：

　　



Memcached的缓存存储
　　1. Memcached的缓存存储的基本单元是struct item的数据结构。每一个item都包含了存储缓存的key，key的长度，value值，value值的长度，缓存有效期，最近访问时间等信息。
　　2. Memcached在初始化的时候，会初始化一个slabclass_t结构的数组（slabclass）。slabclass是数据空间，规定了不同长度的item会存储在不同的slabclass_t的结构上面。例如slabclass[0]最大存储96byte，slabclass[1]最大存储120byte，slabclass[2]最大存储150byte，则当一个item的大小为135byte的时候，会存储在slabclass[2]上面。
　　3. Memcached每次分配内存都是以slab为基础单位。默认情况下，slab的大小为1M。slabclass在初始化的时候，Memcached会给每一个slabclass_t的数据结构分配一个1M大小的slab。slab主要是用来存储item数据的，当slab被分配了之后，就会根据每个slabclass_t所能存储的最大size（slabclass_t->size），来切分成N个item，并且将这部分item放入slabclass_t的空闲列表（*slots），当需要使用item的时候就会从这个空闲里列表中取一个。
　　4. 每个slabclass_t分配的item大小都是根据slabclass_t->size来设置的，真正存储的时候实际item的大小可能会小于slabclass_t->size的情况。浪费主要是为了减少内存碎片，内存管理起来更加合理。
　　5. Memcached在读取数据的时候，需要依赖于HashTable。当每次创建一个Item的时候，都会将item的地址挂载到HashTable上去。客户端就可以通过key来查询到对应的item地址了。
　　6. 当Memcached的存储空间不够用的时候，就会从LRU链中强制淘汰一个item，让入空闲列表，以供使用。
　　详细的源码解读还得看前面的文章，Memcached的增删改查操作，HashTable，LRU，缓存存储机制slabs
　　看一下Item数据结构：
　　

    //item的具体结构  
typedef struct _stritem {  
//记录下一个item的地址,主要用于LRU链和freelist链  
struct _stritem *next;  
//记录下一个item的地址,主要用于LRU链和freelist链  
struct _stritem *prev;  
//记录HashTable的下一个Item的地址  
struct _stritem *h_next;  
//最近访问的时间，只有set/add/replace等操作才会更新这个字段  
//当执行flush命令的时候，需要用这个时间和执行flush命令的时间相比较，来判断是否失效  
rel_time_t      time;       /* least recent access */  
//缓存的过期时间。设置为0的时候，则永久有效。  
//如果Memcached不能分配新的item的时候，设置为0的item也有可能被LRU淘汰  
rel_time_t      exptime;    /* expire time */  
//value数据大小  
int             nbytes;     /* size of data */  
//引用的次数。通过这个引用的次数，可以判断item是否被其它的线程在操作中。  
//也可以通过refcount来判断当前的item是否可以被删除，只有refcount -1 = 0的时候才能被删除  
unsigned short  refcount;  
uint8_t         nsuffix;    /* length of flags-and-length string */  
uint8_t         it_flags;   /* ITEM_* above */  
//slabs_class的ID。  
uint8_t         slabs_clsid;/* which slab class we're in */  
uint8_t         nkey;       /* key length, w/terminating null and padding */  
/* this odd type prevents type-punning issues when we do
* the little shuffle to save space when not using CAS. */  
//数据存储结构  
union {  
uint64_t cas;  
char end;  
} data[];  
/* if it_flags & ITEM_CAS we have 8 bytes CAS */  
/* then null-terminated key */  
/* then " flags length\r\n" (no terminating null) */  
/* then data with terminating \r\n (no terminating null; it's binary!) */  
} item;  

slabclass的数据结构：　　
　　

    //slabclass的结构  
typedef struct {  
//当前的slabclass存储最大多大的item  
unsigned int size;  
//每一个slab上可以存储多少个item.每个slab大小为1M， 可以存储的item个数根据size决定。  
unsigned int perslab;  
//当前slabclass的（空闲item列表）freelist 的链表头部地址  
//freelist的链表是通过item结构中的item->next和item->prev连建立链表结构关系  
void *slots;           /* list of item ptrs */  
//当前总共剩余多少个空闲的item  
//当sl_curr=0的时候，说明已经没有空闲的item，需要分配一个新的slab（每个1M，可以切割成N多个Item结构）  
unsigned int sl_curr;   /* total free items in list */  
//总共分配多少个slabs  
unsigned int slabs;     /* how many slabs were allocated for this class */  
//分配的slab链表  
void **slab_list;       /* array of slab pointers */  
unsigned int list_size; /* size of prev array */  
unsigned int killing;  /* index+1 of dying slab, or zero if none */  
//总共请求的总bytes  
size_t requested; /* The number of requested bytes */  
} slabclass_t;  
//定义一个slabclass数组，用于存储最大200个的slabclass_t的结构。  
static slabclass_t slabclass[MAX_NUMBER_OF_SLAB_CLASSES];  

slabclass和slab、item以及free list之间的关系：　　

　　通过item的size来选择slab_class的数据存储空间：

　　HashTable，Memcahced主要通过HashTable来查询Item的地址：

　　


　　LUR链，主要用于内存不够分配的时候，进行item的淘汰：




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