REdis主从复制之repl_backlog

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1. 前言

注意，repl_backlog只针对部分复制（Partial Replication），而非全量复制。

本文内容基于redis-5.0.5（截至2019/6/6的最新版本），本文深入介绍REdis主从复制的部分复制核心要素repl_backlog，与其相关的配置直接影响主从间的稳定性，对提升集群的稳定性十分重要。

注意REdis的主节点把所有从节点也当作一个Client看待，正常的数据同步并不涉及repl_backlog。当从节点断开重连，这个时候repl_backlog的作用就体现出来了。截至到5.0.5版本，从节点重启用不上repl_backlog，原因是从节点没有保存repl_backlog的信息，无法实现部分同步，但可少量改动REdis源代码，实现从节点重启后的部分复制。

正常情况下，主节点会往从节点连接缓冲区写一份数据，同时往repl_backlog也写一份数据，所有从节点共享同一份repl_backlog，因此可以考虑repl_backlog配置大一点，以容忍从节点更长时间失联。

从节点向主节点发送命令PSYNC，触发部分复制。有关REdis主从复制的细节，请参见《REdis复制研究》。

2. 配置项

REdis的复制分全量复制和部分复制，全量复制是个很重的过程，而部分复制则是轻量的，部分复制实际是一个增量复制。

REdis的主节点创建和维护一个环形缓冲复制队列（即repl_backlog），从节点部分复制（增量复制）的数据均来自于repl_backlog。

主节点只有一个repl_backlog，所有从节点共享，直接相关的配置项有两个：

配置项名	配置项说明
repl-backlog-size	环形缓冲复制队列大小，可不带单位，但同时支持单位：b、k、kb、m、mb、g、gb，单位不区分大小写，其中k、m、g间的计算倍数是1000，而kb、mb和gb的计算倍数是1024。
repl-backlog-ttl	环形缓冲复制队列存活时长（所有slaves不可用时，保留repl_backlog多长时间，单位：秒）

3. redisServer

结构体redisServer是REdis的第一核心结构，repl_backlog是它的组成成员。

struct redisServer {

  /* My current replication offset */

  long long master_repl_offset;

  /* Accept offsets up to this for replid2. */

  long long second_replid_offset;

  /* Replication backlog for partial syncs */

  char *repl_backlog; // 环形缓冲复制队列

  /* Backlog circular buffer size */

  long long repl_backlog_size; // 环形缓冲复制队列容量

  /* Backlog actual data length */

  long long repl_backlog_histlen; // 环形缓冲复制队列已用大小（影响是否能部分复制）

  /* Backlog circular buffer current offset,

     that is the next byte will'll write to.*/

  // 实际上谈不上空闲，因为总是环绕覆盖写，

  // 理解为最新数据的截止位置更为合适，更新的数据总是从这里开始写入到repl_backlog中。

  long long repl_backlog_idx; // 环形缓冲复制队列空闲起始位置（写从这里开始）

  /* Replication "master offset" of first

     byte in the replication backlog buffer.*/

  long long repl_backlog_off; // 数据在环形缓冲复制队列的起始位置（读从这里开始）

  /* Time without slaves after the backlog

     gets released. */

  time_t repl_backlog_time_limit; // 环形缓冲复制队列生存时长

  /* We have no slaves since that time.

     Only valid if server.slaves len is 0. */

  time_t repl_no_slaves_since; // 无可用从节点的发生时间

  /* Min number of slaves to write. */

  int repl_min_slaves_to_write; // 最小需写的从节点数

  /* Max lag of  slaves to write. */

  int repl_min_slaves_max_lag;

  /* Number of slaves with lag <= max_lag. */

  int repl_good_slaves_count;

  /* Send RDB to slaves sockets directly. */

  int repl_diskless_sync; // 不落磁盘（无盘）往从节点发送RDB（全量复制）

  /* Delay to start a diskless repl BGSAVE. */

  // 无盘复制时，延迟指定的时长，以等待更多的从节点

  int repl_diskless_sync_delay;

};

4. feedReplicationBacklog-写repl_backlog

/* Add data to the replication backlog.

 * This function also increments the global replication offset stored at

 * server.master_repl_offset, because there is no case where we want to feed

 * the backlog without incrementing the offset. */

// 主要被replicationFeedSlaves调用

// 写len长的数据ptr到repl_backlog中

// repl_backlog是一个环形buffer，不存在溢出的问题，策略是最新数据覆盖最老数据。

// 如果参数len大于repl_backlog_size，

// 则repl_backlog没有实际意义，

// 因为无法存储一份完整数据。

void feedReplicationBacklog(void *ptr, size_t len) {

  unsigned char *p = ptr;

  server.master_repl_offset += len;

 

  /* This is a circular buffer, so write as much data we can at every

   * iteration and rewind the "idx" index if we reach the limit. */

  // 因为repl_backlog是环形buffer，

  // 剩余的空间可能容纳不了len长的数据，

  // 当不够时，就需要环绕从头开始写，

  // 因此这里需while循环。

  while(len) {

    // repl_backlog_size为repl_backlog的容量大小，

    // 由配置项决定repl_backlog_size值决定，

    // repl_backlog_idx是repl_backlog空闲区域的起始位置，

    // 这两个值相减得到repl_backlog可用大小。

    size_t thislen = server.repl_backlog_size - server.repl_backlog_idx;

    // 如果thislen大于len，则表示足够容纳

    if (thislen > len) thislen = len;

    memcpy(server.repl_backlog+server.repl_backlog_idx,p,thislen);

    // 空闲位置往后挪动

    server.repl_backlog_idx += thislen;

    // 如果空闲位置达到容量大小，则环绕回去从0开始

    if (server.repl_backlog_idx == server.repl_backlog_size)

      server.repl_backlog_idx = 0;

    len -= thislen;

    p += thislen;

    // repl_backlog_histlen记录了repl_backlog中的数据大小    

    server.repl_backlog_histlen += thislen;

  }

  // 修正存储在repl_backlog中的数据大小，

  // 它不可能超过repl_backlog_size值。

  if (server.repl_backlog_histlen > server.repl_backlog_size)

    server.repl_backlog_histlen = server.repl_backlog_size;

  /* Set the offset of the first byte we have in the backlog. */  

  server.repl_backlog_off = server.master_repl_offset -

                            server.repl_backlog_histlen + 1;

}

5. addReplyReplicationBacklog-读repl_backlog

当主节点判断可部分复制时，会记录如下日志：

Partial resynchronization request from %s accepted. Sending %lld bytes of backlog starting from offset %lld.

 

给从节点的响应头为“+CONTINUE replid\r\n”或“+CONTINUE\r\n”。函数addReplyReplicationBacklog的实现：

/* Feed the slave 'c' with the replication backlog starting from the

 * specified 'offset' up to the end of the backlog. */

// 被masterTryPartialResynchronization调用

// 而masterTryPartialResynchronization被syncCommand调用（对应命令PSYNC）。

// 从repl_backlog取数据发给slave，

// 数据的开始位置由offset指定。

long long addReplyReplicationBacklog(client *c, long long offset) {

  long long j, skip, len;

 

  serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] Replica request offset: %lld", offset);

  // repl_backlog_histlen为0，

  // 表示repl_backlog中无数据。

  if (server.repl_backlog_histlen == 0) {

    serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] Backlog history len is zero");

    return 0;

  }

 

  serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] Backlog size: %lld",

           server.repl_backlog_size);

  serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] First byte: %lld",

           server.repl_backlog_off);

  serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] History len: %lld",

           server.repl_backlog_histlen);

  serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] Current index: %lld",

           server.repl_backlog_idx);

 

  /* Compute the amount of bytes we need to discard. */

  skip = offset - server.repl_backlog_off;

  serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] Skipping: %lld", skip);

 

  /* Point j to the oldest byte, that is actually our

   * server.repl_backlog_off byte. */

  j = (server.repl_backlog_idx +

      (server.repl_backlog_size-server.repl_backlog_histlen)) %

    server.repl_backlog_size;

  serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] Index of first byte: %lld", j);

 

  /* Discard the amount of data to seek to the specified 'offset'. */

  j = (j + skip) % server.repl_backlog_size;

 

  /* Feed slave with data. Since it is a circular buffer we have to

   * split the reply in two parts if we are cross-boundary. */

  len = server.repl_backlog_histlen - skip;

  serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] Reply total length: %lld", len);

  while(len) {

    long long thislen =

        ((server.repl_backlog_size - j) < len) ?

        (server.repl_backlog_size - j) : len;

 

    serverLog(LL_DEBUG, "[PSYNC] addReply() length: %lld", thislen);

    addReplySds(c,sdsnewlen(server.repl_backlog + j, thislen));

    len -= thislen;

    j = 0;

  }

  return server.repl_backlog_histlen - skip;

}