Memcached学习--消息回应

Posted 2021-02-14 我也要当大佬

conn结构主要是存储单个客户端的连接详情信息。每一个客户端连接到Memcached都会有这么一个数据结构。

typedef struct conn conn;
struct conn {
    //....
    /* data for the mwrite state */
    //iov主要存储iov的数据结构
    //iov数据结构会在conn_new中初始化，初始化的时候，系统会分配400个iovec的结构，最高水位600个
    struct iovec *iov;
    //iov的长度
    int    iovsize;   /* number of elements allocated in iov[] */
    //iovused 这个主要记录iov使用了多少
    int    iovused;   /* number of elements used in iov[] */
 
    //msglist主要存储msghdr的列表数据结构
    //msglist数据结构在conn_new中初始化的时候，系统会分配10个结构
    struct msghdr *msglist;
    //msglist的长度，初始化为10个，最高水位100，不够用的时候会realloc，每次扩容都会扩容一倍
    int    msgsize;   /* number of elements allocated in msglist[] */
    //msglist已经使用的长度
    int    msgused;   /* number of elements used in msglist[] */
    //这个参数主要帮助记录那些msglist已经发送过了，哪些没有发送过。
    int    msgcurr;   /* element in msglist[] being transmitted now */
    int    msgbytes;  /* number of bytes in current msg */
}

 我们可以看一下conn_new这个方法，在这个方法里面会对iov和msglist两个参数进行初始化。

conn *conn_new(const int sfd, enum conn_states init_state,const int event_flags, const int read_buffer_size,
        enum network_transport transport, struct event_base *base) 
{
    //...省略部分代码    
    c->iov = (struct iovec *) malloc(sizeof(struct iovec) * c->iovsize); //初始化iov
    c->msglist = (struct msghdr *) malloc(sizeof(struct msghdr) * c->msgsize); //初始化msglist
}

数据结构关系图（iov和msglist之间的关系）：

 

从process_get_command开始

我们继续从process_get_command，获取memcached的缓存数据这个方法开始。

在这个方法中，我们主要看add_iov这个方法。Memcached主要是通过add_iov方法，将需要发送给客户端的数据装到iov和msglist结构中去的。

 

/* ntokens is overwritten here... shrug.. */
//处理GET请求的命令
static inline void process_get_command(conn *c, token_t *tokens, size_t ntokens,
        bool return_cas) {
    //处理GET命令
    char *key;
    size_t nkey;
    int i = 0;
    item *it;
    //&tokens[0] 是操作的方法
    //&tokens[1] 为key
    //token_t 存储了value和length
    token_t *key_token = &tokens[KEY_TOKEN];
    char *suffix;
    assert(c != NULL);
 
    do {
        //如果key的长度不为0
        while (key_token->length != 0) {
 
            key = key_token->value;
            nkey = key_token->length;
 
            //判断key的长度是否超过了最大的长度，memcache key的最大长度为250
            //这个地方需要非常注意，我们在平常的使用中，还是要注意key的字节长度的
            if (nkey > KEY_MAX_LENGTH) {
                //out_string 向外部输出数据
                out_string(c, "CLIENT_ERROR bad command line format");
                while (i-- > 0) {
                    item_remove(*(c->ilist + i));
                }
                return;
            }
            //这边是从Memcached的内存存储快中去取数据
            it = item_get(key, nkey);
            if (settings.detail_enabled) {
                //状态记录，key的记录数的方法
                stats_prefix_record_get(key, nkey, NULL != it);
            }
            //如果获取到了数据
            if (it) {
                //c->ilist 存放用于向外部写数据的buf
                //如果ilist太小，则重新分配一块内存
                if (i >= c->isize) {
                    item **new_list = realloc(c->ilist,
                            sizeof(item *) * c->isize * 2);
                    if (new_list) {
                        //存放需要向客户端写数据的item的列表的长度
                        c->isize *= 2;
                        //存放需要向客户端写数据的item的列表，这边支持
                        c->ilist = new_list;
                    } else {
                        STATS_LOCK();
                        stats.malloc_fails++;
                        STATS_UNLOCK();
                        item_remove(it);
                        break;
                    }
                }
 
                /*
                 * Construct the response. Each hit adds three elements to the
                 * outgoing data list:
                 *   "VALUE "
                 *   key
                 *   " " + flags + " " + data length + "\\r\\n" + data (with \\r\\n)
                 */
                //初始化返回出去的数据结构
                if (return_cas) {
                    //......
                } else {
                    MEMCACHED_COMMAND_GET(c->sfd, ITEM_key(it), it->nkey,
                            it->nbytes, ITEM_get_cas(it));
                    //将需要返回的数据填充到IOV结构中
                    //命令：get userId
                    //返回的结构：
                    //VALUE userId 0 5
                    //55555
                    //END
                    if (<strong><span style="color:#FF0000;">add_iov</span></strong>(c, "VALUE ", 6) != 0
                            || <strong><span style="color:#FF0000;">add_iov</span></strong>(c, ITEM_key(it), it->nkey) != 0
                            || <strong><span style="color:#FF0000;">add_iov</span></strong>(c, ITEM_suffix(it),
                                    it->nsuffix + it->nbytes) != 0) {
                        item_remove(it);
                        break;
                    }
                }
 
                if (settings.verbose > 1) {
                    int ii;
                    fprintf(stderr, ">%d sending key ", c->sfd);
                    for (ii = 0; ii < it->nkey; ++ii) {
                        fprintf(stderr, "%c", key[ii]);
                    }
                    fprintf(stderr, "\\n");
                }
 
                /* item_get() has incremented it->refcount for us */
                pthread_mutex_lock(&c->thread->stats.mutex);
                c->thread->stats.slab_stats[it->slabs_clsid].get_hits++;
                c->thread->stats.get_cmds++;
                pthread_mutex_unlock(&c->thread->stats.mutex);
                item_update(it);
                *(c->ilist + i) = it;
                i++;
 
            } else {
                pthread_mutex_lock(&c->thread->stats.mutex);
                c->thread->stats.get_misses++;
                c->thread->stats.get_cmds++;
                pthread_mutex_unlock(&c->thread->stats.mutex);
                MEMCACHED_COMMAND_GET(c->sfd, key, nkey, -1, 0);
            }
 
            key_token++;
        }
 
        /*
         * If the command string hasn\'t been fully processed, get the next set
         * of tokens.
         */
        //如果命令行中的命令没有全部被处理，则继续下一个命令
        //一个命令行中，可以get多个元素
        if (key_token->value != NULL) {
            ntokens = tokenize_command(key_token->value, tokens, MAX_TOKENS);
            key_token = tokens;
        }
 
    } while (key_token->value != NULL);
 
    c->icurr = c->ilist;
    c->ileft = i;
    if (return_cas) {
        c->suffixcurr = c->suffixlist;
        c->suffixleft = i;
    }
 
    if (settings.verbose > 1)
        fprintf(stderr, ">%d END\\n", c->sfd);
 
    /*
     If the loop was terminated because of out-of-memory, it is not
     reliable to add END\\r\\n to the buffer, because it might not end
     in \\r\\n. So we send SERVER_ERROR instead.
     */
    //添加结束标志符号
    if (key_token->value != NULL || <strong><span style="color:#FF0000;">add_iov</span></strong>(c, "END\\r\\n", 5) != 0
            || (IS_UDP(c->transport) && build_udp_headers(c) != 0)) {
        out_of_memory(c, "SERVER_ERROR out of memory writing get response");
    } else {
        //将状态修改为写，这边读取到item的数据后，又开始需要往客户端写数据了。
        conn_set_state(c, conn_mwrite);
        c->msgcurr = 0;
    }
}

add_iov 方法

add_iov方法，主要作用：

1. 将Memcached需要发送的数据，分成N多个IOV的块

2. 将IOV块添加到msghdr的结构中去。

static int add_iov(conn *c, const void *buf, int len) {
    struct msghdr *m;
    int leftover;
    bool limit_to_mtu;
 
    assert(c != NULL);
 
    do {
        //消息数组 msglist 存储msghdr结构
        //这边是获取最新的msghdr数据结构指针
        m = &c->msglist[c->msgused - 1];
 
        /*
         * Limit UDP packets, and the first payloads of TCP replies, to
         * UDP_MAX_PAYLOAD_SIZE bytes.
         */
        limit_to_mtu = IS_UDP(c->transport) || (1 == c->msgused);
 
        /* We may need to start a new msghdr if this one is full. */
        //如果msghdr结构中的iov满了，则需要使用更新的msghdr数据结构
        if (m->msg_iovlen == IOV_MAX
                || (limit_to_mtu && c->msgbytes >= UDP_MAX_PAYLOAD_SIZE)) {
            //添加msghdr,这个方法中回去判断初始化的时候10个msghdr结构是否够用，不够用的话会扩容
            add_msghdr(c);
            //指向下一个新的msghdr数据结构
            m = &c->msglist[c->msgused - 1];
        }
 
        //确认IOV的空间大小，初始化默认是400个，水位600
        //如果IOV也不够用了，就会去扩容
        if (ensure_iov_space(c) != 0)
            return -1;
 
        /* If the fragment is too big to fit in the datagram, split it up */
        if (limit_to_mtu && len + c->msgbytes > UDP_MAX_PAYLOAD_SIZE) {
            leftover = len + c->msgbytes - UDP_MAX_PAYLOAD_SIZE;
            len -= leftover;
        } else {
            leftover = 0;
        }
 
        m = &c->msglist[c->msgused - 1];
        //m->msg_iov参数指向c->iov这个结构。
        //具体m->msg_iov如何指向到c->iov这个结构的，需要看一下add_msghdr这个方法
        //向IOV中填充BUF
        m->msg_iov[m->msg_iovlen].iov_base = (void *) buf;
        //buf的长度
        m->msg_iov[m->msg_iovlen].iov_len = len; //填充长度
 
        c->msgbytes += len;
        c->iovused++;
        m->msg_iovlen++; //msg_iovlen + 1
 
        buf = ((char *) buf) + len;
        len = leftover;
    } while (leftover > 0);
 
    return 0;
}

 

 

add_msghdr 方法 msghdr扩容

 

在add_iov方法中，我们可以看到，当IOV块添加满了之后，会调用这个方法扩容msgdhr的个数。

这个方法主要两个作用：

1. 检查c->msglist列表长度是否够用。

2. 使用最新的c->msglist中的一个msghdr元素，并且将msghdr->msg_iov指向c->iov最新未使用的那个iov的指针地址。

static int add_msghdr(conn *c) {
    //c->msglist 这个列表用来存储msghdr结构
    struct msghdr *msg;
 
    assert(c != NULL);
 
    //如果msglist的长度和已经使用的长度相等的时候，说明msglist已经用完了，需要扩容
    if (c->msgsize == c->msgused) {
        //扩容两倍
        msg = realloc(c->msglist, c->msgsize * 2 * sizeof(struct msghdr));
        if (!msg) {
            STATS_LOCK();
            stats.malloc_fails++;
            STATS_UNLOCK();
            return -1;
        }
        c->msglist = msg; //将c->msglist指向当前新的列表
        c->msgsize *= 2; //size也会跟着增加
    }
 
    //msg重新指向未使用的msghdr指针位置
    msg = c->msglist + c->msgused;
 
    /* this wipes msg_iovlen, msg_control, msg_controllen, and
     msg_flags, the last 3 of which aren\'t defined on solaris: */
    //将新的msghdr块初始化设置为0
    memset(msg, 0, sizeof(struct msghdr));
 
    //新的msghdr的msg_iov指向 struct iovec *iov结构
    msg->msg_iov = &c->iov[c->iovused];
 
    if (IS_UDP(c->transport) && c->request_addr_size > 0) {
        msg->msg_name = &c->request_addr;
        msg->msg_namelen = c->request_addr_size;
    }
 
    c->msgbytes = 0;
    c->msgused++;
 
    if (IS_UDP(c->transport)) {
        /* Leave room for the UDP header, which we\'ll fill in later. */
        return add_iov(c, NULL, UDP_HEADER_SIZE);
    }
 
    return 0;
}

ensure_iov_space 方法 IOV扩容

这个方法主要检查c->iov是否还有剩余空间，如果不够用了，则扩容2倍。

 

static int ensure_iov_space(conn *c) {
    assert(c != NULL);
 
    //如果IOV也使用完了....IOV，分配新的IOV
    if (c->iovused >= c->iovsize) {
        int i, iovnum;
        struct iovec *new_iov = (struct iovec *) realloc(c->iov,
                (c->iovsize * 2) * sizeof(struct iovec));
        if (!new_iov) {
            STATS_LOCK();
            stats.malloc_fails++;
            STATS_UNLOCK();
            return -1;
        }
        c->iov = new_iov;
        c->iovsize *= 2; //扩容两倍
 
        /* Point all the msghdr structures at the new list. */
        for (i = 0, iovnum = 0; i < c->msgused; i++) {
            c->msglist[i].msg_iov = &c->iov[iovnum];
            iovnum += c->msglist[i].msg_iovlen;
        }
    }
 
    return 0;
}

 

 

conn_mwrite

conn_mwrite状态在drive_machine这个方法中。主要就是向客户端写数据了。

从上面的add_iov方法中，我们知道Memcached会将需要待发送的数据写入c->msglist结构中。

真正写数据的方法是transmit。

//drive_machine方法
        //这个conn_mwrite是向客户端写数据
        case conn_mwrite:
            if (IS_UDP(c->transport) && c->msgcurr == 0
                    && build_udp_headers(c) != 0) {
                if (settings.verbose > 0)
                    fprintf(stderr, "Failed to build UDP headers\\n");
                conn_set_state(c, conn_closing);
                break;
            }
            //transmit这个方法非常重要，主要向客户端写数据的操作都在这个方法中进行
            //返回transmit_result枚举类型，用于判断是否写成功，如果失败，则关闭连接
            switch (transmit(c)) {
 
            //如果向客户端发送数据成功
            case TRANSMIT_COMPLETE:
                if (c->state == conn_mwrite) {
                    conn_release_items(c);
                    /* XXX:  I don\'t know why this wasn\'t the general case */
                    if (c->protocol == binary_prot) {
                        conn_set_state(c, c->write_and_go);
                    } else {
                        //这边是TCP的状态
                        //状态又会切回到conn_new_cmd这个状态
                        //conn_new_cmd主要是继续解析c->rbuf容器中剩余的命令参数
                        conn_set_state(c, conn_new_cmd);
                    }
                } else if (c->state == conn_write) {
                    if (c->write_and_free) {
                        free(c->write_and_free);
                        c->write_and_free = 0;
                    }
                    conn_set_state(c, c->write_and_go);
                } else {
                    if (settings.verbose > 0)
                        fprintf(stderr, "Unexpected state %d\\n", c->state);
                    conn_set_state(c, conn_closing);
                }
                break;

transmit 方法

 

//这个方法主要向客户端写数据
//如果数据没有发送完，则会一直循环conn_mwrite这个状态，直到数据发送完成为止
static enum transmit_result transmit(conn *c) {
    assert(c != NULL);
 
    //每次发送之前，都会来校验前一次的数据是否发送完了
    //如果前一次的msghdr结构体内的数据已经发送完了，则c->msgcurr指针就会往后移动一位，
    //移动到下一个等待发送的msghdr结构体指针上
    //c->msgcurr初始值为：0
    if (c->msgcurr < c->msgused && c->msglist[c->msgcurr].msg_iovlen == 0) {
        /* Finished writing the current msg; advance to the next. */
        c->msgcurr++;
    }
 
    //如果c->msgcurr（已发送）小于c->msgused（已使用），则就可以知道还没发送完，则需要继续发送
    //如果c->msgcurr（已发送）等于c->msgused（已使用），则说明已经发送完了，返回TRANSMIT_COMPLETE状态
    if (c->msgcurr < c->msgused) {
        ssize_t res;
 
        //从c->msglist取出一个待发送的msghdr结构
        struct msghdr *m = &c->msglist[c->msgcurr];
        //向客户端发送数据
        res = sendmsg(c->sfd, m, 0);
        //发送成功的情况
        if (res > 0) {
            pthread_mutex_lock(&c->thread->stats.mutex);
            c->thread->stats.bytes_written += res;
            pthread_mutex_unlock(&c->thread->stats.mutex);
 
            /* We\'ve written some of the data. Remove the completed
             iovec entries from the list of pending writes. */
            //这边会检查发送了多少
            while (m->msg_iovlen > 0 && res >= m->msg_iov->iov_len) {
                res -= m->msg_iov->iov_len;
                m->msg_iovlen--;
                m->msg_iov++;
            }
 
            /* Might have written just part of the last iovec entry;
             adjust it so the next write will do the rest. */
            if (res > 0) {
                m->msg_iov->iov_base = (caddr_t) m->msg_iov->iov_base + res;
                m->msg_iov->iov_len -= res;
            }
            return TRANSMIT_INCOMPLETE;
        }
        //发送失败的情况
        if (res == -1 && (errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK)) {
            if (!update_event(c, EV_WRITE | EV_PERSIST)) {
                if (settings.verbose > 0)
                    fprintf(stderr, "Couldn\'t update event\\n");
                conn_set_state(c, conn_closing);
                return TRANSMIT_HARD_ERROR;
            }
            return TRANSMIT_SOFT_ERROR;
        }
        /* if res == 0 or res == -1 and error is not EAGAIN or EWOULDBLOCK,
         we have a real error, on which we close the connection */
        if (settings.verbose > 0)
            perror("Failed to write, and not due to blocking");
 
        if (IS_UDP(c->transport))
            conn_set_state(c, conn_read);
        else
            conn_set_state(c, conn_closing);
        return TRANSMIT_HARD_ERROR;
    } else {
        return TRANSMIT_COMPLETE;
    }
}

conn_shrink 方法

 

　　当数据发送成功后，会跳转到conn_new_cmd这个状态继续处理，然后进入reset_cmd_handler方法，然后进入conn_shrink方法。

　　conn_shrink主要是用于检查读取和发送的buf的大小，是否超过了预定的水位，如果超过了，则需要重新realloc。

 

//重新设置命令handler
static void reset_cmd_handler(conn *c) {
    c->cmd = -1;
    c->substate = bin_no_state;
    if (c->item != NULL) {
        item_remove(c->item);
        c->item = NULL;
    }
    conn_shrink(c); //这个方法是检查c->rbuf容器的大小
    //如果剩余未解析的命令 > 0的话，继续跳转到conn_parse_cmd解析命令
    if (c->rbytes > 0) {
        conn_set_state(c, conn_parse_cmd);
    } else {
        //如果命令都解析完成了，则继续等待新的数据到来
        conn_set_state(c, conn_waiting);
    }
}

 

 

//检查rbuf的大小
static void conn_shrink(conn *c) {
    assert(c != NULL);
 
    if (IS_UDP(c->transport))
        return;
 
    //如果bufsize大于READ_BUFFER_HIGHWAT（8192）的时候需要重新处理
    //DATA_BUFFER_SIZE等于2048，所以我们可以看到之前的代码中对rbuf最多只能进行4次recalloc
    if (c->rsize > READ_BUFFER_HIGHWAT && c->rbytes < DATA_BUFFER_SIZE) {
        char *newbuf;
 
        if (c->rcurr != c->rbuf)
            memmove(c->rbuf, c->rcurr, (size_t) c->rbytes); //内存移动
 
        newbuf = (char *) realloc((void *) c->rbuf, DATA_BUFFER_SIZE);
 
        if (newbuf) {
            c->rbuf = newbuf;
            c->rsize = DATA_BUFFER_SIZE;
        }
        /* TODO check other branch... */
        c->rcurr = c->rbuf;
    }
 
    if (c->isize > ITEM_LIST_HIGHWAT) {
        item **newbuf = (item**) realloc((void *) c->ilist,
                ITEM_LIST_INITIAL * sizeof(c->ilist[0]));
        if (newbuf) {
            c->ilist = newbuf;
            c->isize = ITEM_LIST_INITIAL;
        }
        /* TODO check error condition? */
    }
 
    //如果大于c->msglist的水位了，则重新realloc
    if (c->msgsize > MSG_LIST_HIGHWAT) {
        struct msghdr *newbuf = (struct msghdr *) realloc((void *) c->msglist,
                MSG_LIST_INITIAL * sizeof(c->msglist[0]));
        if (newbuf) {
            c->msglist = newbuf;
            c->msgsize = MSG_LIST_INITIAL;
        }
        /* TODO check error condition? */
    }
 
    //如果大于c->iovsize的水位了，则重新realloc
    if (c->iovsize > IOV_LIST_HIGHWAT) {
        struct iovec *newbuf = (struct iovec *) realloc((void *) c->iov,
                IOV_LIST_INITIAL * sizeof(c->iov[0]));
        if (newbuf) {
            c->iov = newbuf;
            c->iovsize = IOV_LIST_INITIAL;
        }
        /* TODO check return value */
    }
}