Redis初识

前置常识：

1. 读取速度

磁盘：

• 寻址：ms级别
• 带宽：G/M

内存：

• 寻址：ns级别
• 带宽：很大

从寻址的速度上，磁盘比内存慢了10W倍

2. I/O buffer

磁盘有磁道、扇区，一扇区为512 Byte，如果每次从磁盘读取512 Byte会带来一个成本问题，即索引体积太大，所以操作系统无论读多少数据，最少从磁盘读取4K大小的数据。

一般操作系统4K，不会造成浪费，也支持存储一些小文件，假如说服务器想做视频录像之类的，4K大小的话，就有点得不偿失，不如换的大一点，一次性读的东西多一些，减少磁盘寻址时间。4K大小其实取决于上层应用对IO的使用量，是IO密集型还是一些小文件。

前言

开始数据是存储在文件中的，随着文件变大，数据增多，查询会变慢。为什么？磁盘I/O成为瓶颈，数据库出现，定义每个data page 大小为4K，把数据存储到一个个的data page中，与操作系统读取数据大小一致，即每次都是一次I/O，但是此时还是全量IO，并没有加快查询速度，必须建立索引，索引也是4K大小，指向每个data page。数据和索引都是存储在磁盘中的，在内存中还有一个B+树（树干），流程为：用户请求，命中索引，索引加载到内存，然后解析完，得知下次该读取哪一页上的数据，再将其加载到内存读取。充分利用内存读取快，磁盘存储容量大的特点。

关系型数据库在建表的时候，都必须给出schema，类型：字节宽度，即固定大小，即使没有给出具体值，也会用占位来填充，存储的时候倾向于行级存储，这样每次修改数据的时候，直接填充或覆盖数据，不会造成移动数据。

这里引出一个问题：数据库表数据量大的时候，性能下降？（从寻址和带宽两个方面回答）

前提：如果表有索引

• 增删改：会变慢，因为要维护索引，即索引中的数据需要移动。

• 查询速度：

  1. 如果是1个或少量请求的话，查询速度依然很快。

  2. 如果是大量并发请求，而刚好查询的数据又落在不同的page页上，磁盘的带宽会影响查询速度。原因是需要依次把page页上的数据加载到内存，当数据量大的时候，就会很慢。

基于纯磁盘速度慢，纯内存数据库SAP HANA太奢侈，缓存技术诞生。

Memcached与Redis的区别是什么？

?Memcached也是k,v存储形式，但是value没有类型的概念，而Redis的value有类型的概念。

通常存储数据的方式有三种：

• k = 1 k = a
• k = [1,2,3] k = [a,b,c]
• k = {k=a} k = {[1,2],[3,4],[5,6]}

Redis是单进程，单线程，单实例的，为什么速度很快？

操作系统都有kernel，每个client连接都会先连接到kernel，Redis进程与内核之间使用的是epoll，非阻塞多路复用，epoll是系统内核提供的一种系统调用，来遍历多个client连接，谁有请求就处理谁。

插曲（内核演变过程）

1. BIO：早期的BIO模型，客户端连接系统内核后，线程从内核中读取文件，只能是read读取(socket blocking)，如果没有数据，则会一直阻塞，所以只能开辟多个线程/进程处理。如果只有一个cpu的话，某一时间片上的某一时间点的cpu是空闲的，并不是一直在处理，导致资源浪费，线程过多的话，切换上下文需要成本，硬件没有被充分利用。问题：上下文切换成本高，资源浪费。

   Linux系统中一切皆文件，都由文件描述符fd(file descriptor)来表示，0是标准输入，1是标准输出，2是错误输出，再开启新的IO会产生更多的描述符

   

2. NIO：于是内核发生变化，内核中的socket可以是non-block的，此时只需要一个线程/进程处理，轮询文件描述符，轮询发生在用户空间。此时是同步非阻塞NIO。此时出现了一个成本问题，如果有1000个fd，用户进程需要调用1000次kernel。

   

3. 多路复用NIO：于是内核继续升级，由用户轮询改为内核轮询，内核增加了一个系统调用select，（用man指令看select），支持一次性传多个fds，把1000个fd传给kernel之后，由kernel来轮询哪些连接有数据（相当于过滤一遍），然后再返回给线程/进程，此时再循环去读返回的fds，减少了用户态与内核态的切换。此时为多路复用NIO。此时的问题是，用户态和内核态之间 fd拷来拷去。

   

4. 共享空间：进程有进程的内存空间，内核有内核的内存空间，进程是无法访问内核空间的，所以内核提供了系统调用方法。为了解决这个问题，于是内核与用户之间有了共享空间，系统调用为mmap内存映射，共享空间数据结构为红黑树+链表，线程/进程就可以把之前的1000个fds放到共享空间（红黑树）中，然后kernel从中读取fd通过所有的IO处理，把准备好的数据放到链表里，上层用户空间就可以直接从链表中读取。

   

插曲中的插曲：零拷贝

网卡、文件都有IO，传统的用户去读写的时候，是先从kernel中read数据，再write到kernel，这个过程会有数据拷贝。内核提供了一个sendfile的系统调用，直接把out、in一块传入，由kernel直接读写，实现零拷贝。

Redis初识

原文：https://www.cnblogs.com/tobyhomels/p/12505681.html