Analyse und Anwendung des Redis-Netzwerk-IO-Modells

Redis ist ein Open-Source-Hochleistungs-Schlüsselwertspeichersystem, das in Big Data, Architekturdesign und anderen Bereichen weit verbreitet ist. Sein effizientes Netzwerk-IO-Modell ist eine wichtige Grundlage für die schnelle Reaktion auf Anfragen. In diesem Artikel werden das Netzwerk-IO-Modell von Redis und seine Implementierungsprinzipien vorgestellt und seine Optimierungsmethoden in praktischen Anwendungen erörtert.

1. Das Netzwerk-IO-Modell von Redis

Das Netzwerk-IO-Modell von Redis wählt eine Kombination aus Single-Thread und Multiplexing. Der grundlegende Prozess ist wie folgt:

1. Redis erstellt zunächst über die Socket-Funktion einen Listening-Socket und bindet den Service-Port.
2. Redis tritt in die Hauptschleife ein, ruft die Auswahlfunktion in der Hauptschleife auf, fügt den Überwachungs-Socket und den Client-Verbindungs-Socket zur Überwachungsliste hinzu und blockiert, bis ein Ereignis auftritt.
3. Wenn eine Verbindungsanforderung vom Listening-Socket vorliegt, gibt die Auswahlfunktion das Verbindungsanforderungsereignis zurück. Zu diesem Zeitpunkt empfängt Redis die Verbindungsanforderung über die Akzeptanzfunktion und erstellt einen neuen Client-Verbindungs-Socket.
4. Dann fügt Redis den neu erstellten Client-Verbindungs-Socket zur Beobachtungsliste hinzu.
5. Redis beginnt mit der Verarbeitung der vom Kunden gesendeten Anfrage. Wenn ein Leseereignis vorliegt (d. h. der Client sendet Daten), gibt die Auswahlfunktion das Leseereignis zurück. Zu diesem Zeitpunkt liest Redis die vom Client gesendete Anforderung über die Lesefunktion.
6. Redis führt die Anforderungsverarbeitung durch und nach der Verarbeitung wird das Ergebnis über die Sendefunktion an den Client-Verbindungssocket gesendet.
7. Die Auswahlfunktion blockiert erneut und wartet auf das Eintreten des Ereignisses.

Das Obige ist der Netzwerk-IO-Modellprozess von Redis. Da Redis einen Single-Thread-Ansatz verwendet, vermeidet es den Mehraufwand durch Kontextwechsel und Sperrkonkurrenz, der durch Multi-Threading verursacht wird. Die Multiplexing-Technologie ermöglicht es einem Thread, mehrere Client-Anfragen gleichzeitig zu verarbeiten, wodurch die gleichzeitigen Verarbeitungsfähigkeiten des Systems verbessert werden.
2. Implementierungsprinzip des Redis-Netzwerk-IO-Modells

Die von Redis verwendete Multiplexing-Technologie wird hauptsächlich durch die Verwendung der vom Linux-Kernel bereitgestellten Funktionen Select, Poll, Epoll implementiert. Unter diesen unterstützen die Select- und Poll-Funktionen eine begrenzte Anzahl von Dateideskriptoren, während die Epoll-Funktion eine große Anzahl gleichzeitiger Verbindungen unterstützen kann und ihre Leistung effizienter ist. Daher wird in Redis-Versionen über Linux 2.6 die Epoll-Funktion bevorzugt.

Redis erstellt beim Start ein Epoll-Handle und fügt den Listening-Socket (den Hauptdienstport) zur Überwachung zu Epoll hinzu. Wenn eine neue Verbindungsanforderung vorliegt, wird die Verbindung über die Akzeptanzfunktion verarbeitet und der neu verbundene Socket wird dem von epoll verwalteten Dateideskriptorsatz hinzugefügt. Wenn lesbare Daten vorhanden sind, benachrichtigt Epoll Redis, und Redis liest die Anfrage vom Client, analysiert und verarbeitet sie gemäß dem Protokoll und schreibt schließlich die Antwortdaten zurück an den Client.

Es ist erwähnenswert, dass Redis die nicht blockierende IO-Methode (Non-Blocking IO) verwendet. Das Prinzip besteht darin, den Dateideskriptor in den nicht blockierenden Modus zu versetzen und so die Eigenschaften der asynchronen E/A des Kernels zu nutzen, um nicht blockierende Lese- und Schreibvorgänge zu implementieren und so die Situation zu vermeiden, dass der Prozess blockiert und auf die Rückkehr der E/A-Operation wartet. Im nicht blockierenden E/A-Modus sind bei der Rückkehr des Lesevorgangs möglicherweise noch ungelesene Daten im aktuellen Dateideskriptor vorhanden. Sie müssen daher eine Schleife zum Lesen verwenden, bis alle Daten gelesen sind. Der Schreibvorgang ist ähnlich und die Daten müssen in einer Schleife geschrieben werden, bis alle Daten geschrieben sind.

3. Optimierung des Redis-Netzwerk-IO-Modells

1. TCP-Nagle-Algorithmus deaktivieren

Der TCP-Nagle-Algorithmus ist ein Algorithmus, der die Netzwerkübertragungseffizienz verbessert, indem er die Anzahl kleiner Datenpakete im Netzwerk reduziert. In einigen Szenarien müssen Daten jedoch sofort gesendet werden, z. B. bei der Benutzeranmeldung und anderen Vorgängen. In diesem Fall können Sie mit dem Senden nicht warten, bis die Daten die optimale Größe erreicht haben. Zu diesem Zeitpunkt können Sie den TCP-Nagle-Algorithmus deaktivieren, indem Sie die Option TCP_NODELAY festlegen und Daten sofort senden.

2. Reduzieren Sie häufige E/A-Vorgänge

In Redis führen häufige E/A-Vorgänge zu einer erheblichen Reduzierung der Systemleistung. Daher können Sie beim Schreiben einer Redis-Anwendung die Menge und Anzahl der gesendeten Daten reduzieren, indem Sie das Protokoll optimieren, z. B. indem Sie mehrere Anfragen zu einer Anfrage zusammenführen. Gleichzeitig kann der Client beim Ausführen von Lese- und Schreibvorgängen auch das Senden von Datenpaketen minimieren, die kleiner als die MTU sind, um ein häufiges Auslösen von E/A-Vorgängen zu vermeiden.

3. Verbindungspool verwenden

In Redis-Anwendungen nimmt die Anzahl der Verbindungen zu, wenn die Anzahl der Parallelität zunimmt. Wenn die TCP-Verbindung jedes Mal neu hergestellt wird, führt dies zu einem hohen Systemaufwand. Zu diesem Zeitpunkt kann die Verbindungspool-Technologie (Connection Pool) verwendet werden. Verbindungspooling ist eine gängige Technologie und wird häufig bei der Entwicklung von Systemen mit hoher Parallelität verwendet. Der Verbindungspool kann mehrere Verbindungen verwalten und vorhandene Verbindungen wiederverwenden, wodurch der häufige Aufbau und die Zerstörung von TCP-Verbindungen vermieden werden.

4. Speicherzuweisung und -freigabe optimieren

Die Speicherzuweisung und -freigabe von Redis ist ein wichtiger Teil seiner Anwendung. Durch die Verwendung der Common-Memory-Pool-Technologie kann die Anzahl der Speicherzuweisungen und -freigaben reduziert und dadurch die Systemleistung verbessert werden. In Redis ist die dem String-Typ entsprechende Codierungsmethode Embstr oder Raw. Der Rohtyp verwendet keine Speicherpooltechnologie, während der Embstr-Typ den Speicherpool verwendet. Daher sollte der Embstr-Typ so weit wie möglich zum Speichern von Daten verwendet werden .

5. Mehrere Prozesse lösen den Engpass der Single-Threaded-IO-Wiederverwendung

Obwohl Redis einen Single-Thread-Ansatz verwendet, um leistungsstarke IO-Vorgänge bereitzustellen, spürt es auch seinen Engpass. In diesem Fall können die Funktionen des Daemon-Prozesses in einem Prozess auf mehrere Prozesse aufgeteilt werden, sodass jeder Prozess E/A-Vorgänge unabhängig verarbeiten kann, um die Parallelitätsleistung des Systems zu verbessern.

4. Zusammenfassung

Das Netzwerk-E/A-Modell von Redis verwendet eine Kombination aus Einzelthread und Multiplexing. Sein effizientes Implementierungsschema und seine Optimierungsmethode können eine effiziente Ausführung der Systemleistung gewährleisten. Bei der tatsächlichen Anwendungsentwicklung ist es notwendig, die geeignete Optimierungsmethode entsprechend der jeweiligen Situation auszuwählen, damit Redis sein Potenzial maximieren kann.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonAnalyse und Anwendung des Redis-Netzwerk-IO-Modells. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!