Redis核心原理与实践--Redis启动过程源码分析
Redis服务器负责接收处理用户请求，为用户提供服务。Redis服务器的启动命令格式如下：
redis-server [ configfile ] [ options ]configfile参数指定配置文件。options参数指定启动配置项，它可以覆盖配置文件中的配置项，如
redis-server /path/to/redis.conf --port 7777 --protected-mode no该命令启动Redis服务，并指定了配置文件/path/to/redis.conf，给出了两个启动配置项：port、protected-mode。
本文通过阅读Redis源码，分析Redis启动过程，内容摘自新书《Redis核心原理与实践》。
本文涉及Redis的很多概念，如事件循环器、ACL、Module、LUA、慢日志等，这些功能在作者新书《Redis核心原理与实践》做了详尽分析，感兴趣的读者可以参考本书。
服务器定义
提示：本章代码如无特殊说明，均在server.h、server.c中。
Redis中定义了server.h/redisServer结构体，存储Redis服务器信息，包括服务器配置项和运行时数据（如网络连接信息、数据库redisDb、命令表、客户端信息、从服务器信息、统计信息等数据）。
struct redisServer {
pid_t pid;
pthread_t main_thread_id;
char *configfile;
char *executable;
char **exec_argv;
...
}redisServer中的属性很多，这里不一一列举，等到分析具体功能时再说明相关的server属性。
server.h中定义了一个redisServer全局变量：
extern struct redisServer server;本书说到的server变量，如无特殊说明，都是指该redisServer全局变量。例如，第1部分说过server.list_max_ziplist_size等属性，正是指该变量的属性。
可以使用INFO命令获取服务器的信息，该命令主要返回以下信息：
[*]server：有关Redis服务器的常规信息。
[*]clients：客户端连接信息。
[*]memory：内存消耗相关信息。
[*]persistence：RDB和AOF持久化信息。
[*]stats：常规统计信息。
[*]replication：主/副本复制信息。
[*]cpu：CPU消耗信息。
[*]commandstats：Redis 命令统计信息。
[*]cluster：Redis Cluster集群信息。
[*]modules：Modules模块信息。
[*]keyspace：数据库相关的统计信息。
[*]errorstats：Redis错误统计信息。
INFO命令响应内容中除了memory和cpu等统计数据，其他数据大部分都保存在redisServer中。
main函数
server.c/main函数负责启动Redis服务：
int main(int argc, char **argv) {
...
//
server.sentinel_mode = checkForSentinelMode(argc,argv);
//
initServerConfig();
ACLInit();
moduleInitModulesSystem();
tlsInit();
//
server.executable = getAbsolutePath(argv);
server.exec_argv = zmalloc(sizeof(char*)*(argc+1));
server.exec_argv = NULL;
for (j = 0; j < argc; j++) server.exec_argv = zstrdup(argv);
//
if (server.sentinel_mode) {
initSentinelConfig();
initSentinel();
}
//
if (strstr(argv,"redis-check-rdb") != NULL)
redis_check_rdb_main(argc,argv,NULL);
else if (strstr(argv,"redis-check-aof") != NULL)
redis_check_aof_main(argc,argv);
// more
}【1】检查该Redis服务器是否以sentinel模式启动。
【2】initServerConfig函数将redisServer中记录配置项的属性初始化为默认值。ACLInit函数初始化ACL机制，moduleInitModulesSystem函数初始化Module机制。
【3】记录Redis程序可执行路径及启动参数，以便后续重启服务器。
【4】如果以Sentinel模式启动，则初始化Sentinel机制。
【5】如果启动程序是redis-check-rdb或redis-check-aof，则执行redis_check_rdb_main或redis_check_aof_main函数，它们尝试检验并修复RDB、AOF文件后便退出程序。
Redis编译完成后，会生成5个可执行程序：
[*]redis-server：Redis执行程序。
[*]redis-sentinel：Redis Sentinel执行程序。
[*]redis-cli：Redis客户端程序。
[*]redis-benchmark：Redis性能压测工具。
[*]redis-check-aof、redis-check-rdb：用于检验和修复RDB、AOF持久化文件的工具。
继续分析main函数：
int main(int argc, char **argv) {
...
if (argc >= 2) {
j = 1;
sds options = sdsempty();
char *configfile = NULL;
//
if (strcmp(argv, "-v") == 0 ||
strcmp(argv, "--version") == 0) version();
...
//
if (argv != '-' || argv != '-') {
configfile = argv;
server.configfile = getAbsolutePath(configfile);
zfree(server.exec_argv);
server.exec_argv = zstrdup(server.configfile);
j++;
}
//
while(j != argc) {
...
}
//
if (server.sentinel_mode && configfile && *configfile == '-') {
...
exit(1);
}
//
resetServerSaveParams();
loadServerConfig(configfile,options);
sdsfree(options);
}
...
}【6】对-v、--version、--help、-h、--test-memory等命令进行优先处理。
strcmp函数比较两个字符串str1、str2，若str1=str2，则返回零；若str1<str2，则返回负数；若str1>str2，则返回正数。
【7】如果启动命令的第二个参数不是以“--”开始的，则是配置文件参数，将配置文件路径转化为绝对路径，存入server.configfile中。
【8】读取启动命令中的启动配置项，并将它们拼接到一个字符串中。
【9】以Sentinel模式启动，必须指定配置文件，否则直接报错退出。
【10】config.c/resetServerSaveParams函数重置server.saveparams属性（该属性存放RDB SAVE配置）。config.c/loadServerConfig函数从配置文件中加载所有配置项，并使用启动命令配置项覆盖配置文件中的配置项。
提示：config.c中的configs数组定义了大多数配置选项与server属性的对应关系：
standardConfig configs[] = {
createBoolConfig("rdbchecksum", NULL, IMMUTABLE_CONFIG, server.rdb_checksum, 1, NULL, NULL),
createBoolConfig("daemonize", NULL, IMMUTABLE_CONFIG, server.daemonize, 0, NULL, NULL),
...
}配置项rdbchecksum对应server.rdb_checksum属性，默认值为1（即bool值yes），其他配置项以此类推。如果读者需要查找配置项对应的server属性和默认值，则可以从中查找。
下面继续分析main函数：
int main(int argc, char **argv) {
...
//
server.supervised = redisIsSupervised(server.supervised_mode);
int background = server.daemonize && !server.supervised;
if (background) daemonize();
//
serverLog(LL_WARNING, "oO0OoO0OoO0Oo Redis is starting oO0OoO0OoO0Oo");
...
//
initServer();
if (background || server.pidfile) createPidFile();
...
if (!server.sentinel_mode) {
...
//
moduleLoadFromQueue();
ACLLoadUsersAtStartup();
InitServerLast();
loadDataFromDisk();
if (server.cluster_enabled) {
if (verifyClusterConfigWithData() == C_ERR) {
...
exit(1);
}
}
...
} else {
//
InitServerLast();
sentinelIsRunning();
...
}
...
//
redisSetCpuAffinity(server.server_cpulist);
setOOMScoreAdj(-1);
//
aeMain(server.el);
//
aeDeleteEventLoop(server.el);
return 0;
}【11】server.supervised属性指定是否以upstart服务或systemd服务启动Redis。如果配置了server.daemonize且没有配置server.supervised，则以守护进程的方式启动Redis。
【12】打印启动日志。
【13】initServer函数初始化Redis运行时数据，createPidFile函数创建pid文件。
【14】如果非Sentinel模式启动，则完成以下操作：
（1）moduleLoadFromQueue函数加载配置文件指定的Module模块；
（2）ACLLoadUsersAtStartup函数加载ACL用户控制列表；
（3）InitServerLast函数负责创建后台线程、I/O线程，该步骤需在Module模块加载后再执行；
（4）loadDataFromDisk函数从磁盘中加载AOF或RDB文件。
（5）如果以Cluster模式启动，那么还需要验证加载的数据是否正确。
【15】如果以Sentinel模式启动，则调用sentinelIsRunning函数启动Sentinel机制。
【16】尽可能将Redis主线程绑定到server.server_cpulist配置的CPU列表上，Redis 4开始使用多线程，该操作可以减少不必要的线程切换，提高性能。
【17】启动事件循环器。事件循环器是Redis中的重要组件。在Redis运行期间，由事件循环器提供服务。
【18】执行到这里，说明Redis服务已停止，aeDeleteEventLoop函数清除事件循环器中的事件，最后退出程序。
Redis初始化过程
下面看一下initServer函数，它负责初始化Redis运行时数据：
void initServer(void) {
int j;
//
signal(SIGHUP, SIG_IGN);
signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
setupSignalHandlers();
//
makeThreadKillable();
//
if (server.syslog_enabled) {
openlog(server.syslog_ident, LOG_PID | LOG_NDELAY | LOG_NOWAIT,
server.syslog_facility);
}
//
server.aof_state = server.aof_enabled ? AOF_ON : AOF_OFF;
server.hz = server.config_hz;
server.pid = getpid();
...
//
createSharedObjects();
adjustOpenFilesLimit();
//
server.el = aeCreateEventLoop(server.maxclients+CONFIG_FDSET_INCR);
if (server.el == NULL) {
...
exit(1);
}
// more
}【1】设置UNIX信号处理函数，使Redis服务器收到SIGINT信号后退出程序。
【2】设置线程随时响应CANCEL信号，终止线程，以便停止程序。
【3】如果开启了Unix系统日志，则调用openlog函数与Unix系统日志建立输出连接，以便输出系统日志。
【4】初始化server中负责存储运行时数据的相关属性。
【5】createSharedObjects函数创建共享数据集，这些数据可在各场景中共享使用，如小数字0～9999、常用字符串+OK\r\n（命令处理成功响应字符串）、+PONG\r\n（ping命令响应字符串）。adjustOpenFilesLimit函数尝试修改环境变量，提高系统允许打开的文件描述符上限，避免由于大量客户端连接（Socket文件描述符）导致错误。
【6】创建事件循环器。
UNIX编程：信号也称为软中断，信号是UNIX提供的一种处理异步事件的方法，程序通过设置回调函数告诉系统内核，在信号产生后要做什么操作。系统中很多场景会产生信号，例如：
[*]用户按下某些终端键，使终端产生信号。例如，用户在终端按下了中断键（一般为Ctrl+C组合键），会发送SIGINT信号通知程序停止运行。
[*]系统中发生了某些特定事件，例如，当alarm函数设置的定时器超时，内核发送SIGALRM信号，或者一个进程终止时，内核发送SIGCLD信号给其父进程。
[*]某些硬件异常，例如，除数为0、无效的内存引用。
[*]程序中使用函数发送信号，例如，调用kill函数将任意信号发送给另一个进程。
感兴趣的读者可以自行深入了解UNIX编程相关内容。
接着分析initServer函数：
void initServer(void) {
server.db = zmalloc(sizeof(redisDb)*server.dbnum);
//
if (server.port != 0 &&
listenToPort(server.port,server.ipfd,&server.ipfd_count) == C_ERR)
exit(1);
...
//
for (j = 0; j < server.dbnum; j++) {
server.db.dict = dictCreate(&dbDictType,NULL);
server.db.expires = dictCreate(&keyptrDictType,NULL);
...
}
//
evictionPoolAlloc();
server.pubsub_channels = dictCreate(&keylistDictType,NULL);
server.pubsub_patterns = listCreate();
...
}【7】如果配置了server.port，则开启TCP Socket服务，接收用户请求。如果配置了server.tls_ port，则开启TLS Socket服务，Redis 6.0开始支持TLS连接。如果配置了server.unixsocket，则开启UNIX Socket服务。如果上面3个选项都没有配置，则报错退出。
【8】初始化数据库server.db，用于存储数据。
【9】evictionPoolAlloc函数初始化LRU/LFU样本池，用于实现LRU/LFU近似算法。
继续初始化server中存储运行时数据的相关属性：
void initServer(void) {
...
//
if (aeCreateTimeEvent(server.el, 1, serverCron, NULL, NULL) == AE_ERR) {
serverPanic("Can't create event loop timers.");
exit(1);
}
//
for (j = 0; j < server.ipfd_count; j++) {
if (aeCreateFileEvent(server.el, server.ipfd, AE_READABLE,
acceptTcpHandler,NULL) == AE_ERR)
{
serverPanic(
"Unrecoverable error creating server.ipfd file event.");
}
}
...
//
aeSetBeforeSleepProc(server.el,beforeSleep);
aeSetAfterSleepProc(server.el,afterSleep);
//
if (server.aof_state == AOF_ON) {
server.aof_fd = open(server.aof_filename,
O_WRONLY|O_APPEND|O_CREAT,0644);
...
}
//
if (server.arch_bits == 32 && server.maxmemory == 0) {
...
server.maxmemory = 3072LL*(1024*1024); /* 3 GB */
server.maxmemory_policy = MAXMEMORY_NO_EVICTION;
}
//
if (server.cluster_enabled) clusterInit();
replicationScriptCacheInit();
scriptingInit(1);
slowlogInit();
latencyMonitorInit();
}【10】创建一个时间事件，执行函数为serverCron，负责处理Redis中的定时任务，如清理过期数据、生成RDB文件等。
【11】分别为TCP Socket、TSL Socks、UNIX Socket注册监听AE_READABLE类型的文件事件，事件处理函数分别为acceptTcpHandler、acceptTLSHandler、acceptUnixHandler，这些函数负责接收Socket中的新连接，本书后续会详细分析acceptTcpHandler函数。
【12】注册事件循环器的钩子函数，事件循环器在每次阻塞前后都会调用钩子函数。
【13】如果开启了AOF，则预先打开AOF文件。
【14】如果Redis运行在32位操作系统上，由于32位操作系统内存空间限制为4GB，所以将Redis使用内存限制为3GB，避免Redis服务器因内存不足而崩溃。
【15】如果以Cluster模式启动，则调用clusterInit函数初始化Cluster机制。
[*]replicationScriptCacheInit函数初始化server.repl_scriptcache_dict属性。
[*]scriptingInit函数初始化LUA机制。
[*]slowlogInit函数初始化慢日志机制。
[*]latencyMonitorInit函数初始化延迟监控机制。
总结：
[*]redisServer结构体存储服务端配置项、运行时数据。
[*]server.c/main是Redis启动方法，负责加载配置，初始化数据库，启动网络服务，创建并启动事件循环器。
文章最后，介绍一下新书《Redis核心原理与实践》，本书通过深入分析Redis 6.0源码，总结了Redis核心功能的设计与实现。通过阅读本书，读者可以深入理解Redis内部机制及最新特性，并学习到Redis相关的数据结构与算法、Unix编程、存储系统设计，分布式系统架构等一系列知识。
经过该书编辑同意，我会继续在个人技术公众号（binecy）发布书中部分章节内容，作为书的预览内容，欢迎大家查阅，谢谢。
语雀平台预览：《Redis核心原理与实践》
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