-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
db.go
756 lines (624 loc) · 16 KB
/
db.go
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
package bitcask
import (
"errors"
"fmt"
"io"
"os"
"path/filepath"
"sort"
"strconv"
"strings"
"sync"
"github.com/gofrs/flock"
"github.com/ysoding/bitcask/data"
"github.com/ysoding/bitcask/fio"
"github.com/ysoding/bitcask/index"
"github.com/ysoding/bitcask/utils"
)
const (
seqNoKey = "seq.no"
fileLockName = "flock"
)
type DB struct {
option
indexer index.Indexer
mu *sync.RWMutex
activeFile *data.DataFile // 当前活跃文件,可以写入
oldFiles map[uint32]*data.DataFile // 旧的文件,只用于读 fileid->datafile
reclaimSize int64 // 表示有多少数据是无效的
bytesWrite uint64 //总计写的节字数
isInitial bool // 是否是第一次初始化此数据目录
fileLock *flock.Flock
fileIDs []int
seqNo uint64 // 事务序列号,全局递增
isMerging bool
seqNoFileExists bool // 存储事务序列号的文件是否存在
}
// Stat 存储引擎统计信息
type Stat struct {
KeyNum uint // key 的总数量
DataFileNum uint // 数据文件的数量
ReclaimableSize int64 // 可以进行 merge 回收的数据量,字节为单位
DiskSize int64 // 数据目录所占磁盘空间大小
}
func Open(opts ...DBOption) (*DB, error) {
db := &DB{
option: DefaultOption,
oldFiles: make(map[uint32]*data.DataFile),
mu: new(sync.RWMutex),
}
for _, opt := range opts {
opt(&db.option)
}
if err := db.checkConfiguration(); err != nil {
return nil, err
}
db.indexer = index.NewIndexer(index.IndexerType(db.indexerType), db.dirPath, db.syncWrite)
isInitial, err := db.initDirectory()
if err != nil {
return nil, err
}
if err := db.checkDatabaseIsUsing(); err != nil {
return nil, err
}
hasData, err := db.checkDatabaseHasData()
if err != nil {
return nil, err
}
if !hasData {
isInitial = true
}
db.isInitial = isInitial
// 加载 merge 数据目录
if err := db.loadMergeFiles(); err != nil {
return nil, err
}
if err := db.loadDataFiles(); err != nil {
return nil, err
}
if db.indexerType != BPlusTree {
// 从 hint 索引文件中加载索引
if err := db.loadIndexFromHintFile(); err != nil {
return nil, err
}
if err := db.loadIndexFromDataFiles(); err != nil {
return nil, err
}
// 重置 IO 类型为标准文件 IO
if db.mmapAtStartUp {
if err := db.resetIoType(); err != nil {
return nil, err
}
}
} else { // BPlusTree
// B+树索引不需要从数据文件中加载索引
// 取出当前事务序列号
if err := db.loadSeqNo(); err != nil {
return nil, err
}
if db.activeFile != nil {
size, err := db.activeFile.IoManager.Size()
if err != nil {
return nil, err
}
db.activeFile.WriteOffset = size
}
}
return db, nil
}
func (db *DB) Stat() *Stat {
db.mu.RLock()
defer db.mu.RUnlock()
var dataFiles = uint(len(db.oldFiles))
if db.activeFile != nil {
dataFiles += 1
}
dirSize, err := utils.DirSize(db.dirPath)
if err != nil {
panic(fmt.Sprintf("failed to get dir size : %v", err))
}
return &Stat{
KeyNum: uint(db.indexer.Size()),
DataFileNum: dataFiles,
ReclaimableSize: db.reclaimSize,
DiskSize: dirSize,
}
}
// 将数据文件的 IO 类型设置为标准文件 IO
func (db *DB) resetIoType() error {
if db.activeFile == nil {
return nil
}
if err := db.activeFile.SetIOManager(db.dirPath, fio.StandardFileIO); err != nil {
return err
}
for _, dataFile := range db.oldFiles {
if err := dataFile.SetIOManager(db.dirPath, fio.StandardFileIO); err != nil {
return err
}
}
return nil
}
func (db *DB) loadSeqNo() error {
fileName := filepath.Join(db.dirPath, data.SeqNoFileName)
if _, err := os.Stat(fileName); os.IsNotExist(err) {
return nil
}
seqNoFile, err := data.OpenSeqNoFile(db.dirPath)
if err != nil {
return err
}
record, _, err := seqNoFile.ReadLogRecord(0)
if err != nil {
return err
}
seqNo, err := strconv.ParseUint(string(record.Value), 10, 64)
if err != nil {
return err
}
db.seqNo = seqNo
db.seqNoFileExists = true
return os.Remove(fileName)
}
func (db *DB) loadIndexFromHintFile() error {
// 查看 hint 索引文件是否存在
hintFileName := filepath.Join(db.dirPath, data.HintFileName)
if _, err := os.Stat(hintFileName); os.IsNotExist(err) {
return nil
}
// 打开 hint 索引文件
hintFile, err := data.OpenHintFile(db.dirPath)
if err != nil {
return err
}
offset := int64(0)
for {
logRecord, size, err := hintFile.ReadLogRecord(offset)
if err != nil {
if err == io.EOF {
break
}
return err
}
// 解码拿到实际的位置索引
pos := data.DecodeLogRecordPos(logRecord.Value)
db.indexer.Put(logRecord.Key, pos)
offset += size
}
return nil
}
func (db *DB) loadMergeFiles() error {
mergePath := db.getMergePath()
// merge 目录不存在的话直接返回
if _, err := os.Stat(mergePath); os.IsNotExist(err) {
return nil
}
defer func() {
_ = os.RemoveAll(mergePath)
}()
dirEntries, err := os.ReadDir(mergePath)
if err != nil {
return err
}
// 查找标识 merge 完成的文件,判断 merge 是否处理完了
var mergeFinished bool
var mergeFileNames []string
for _, entry := range dirEntries {
if entry.Name() == data.MergeFinishedFileName {
mergeFinished = true
}
if entry.Name() == data.SeqNoFileName || entry.Name() == fileLockName {
continue
}
mergeFileNames = append(mergeFileNames, entry.Name())
}
// 没有 merge 完成则直接返回
if !mergeFinished {
return nil
}
nonMergeFileId, err := db.getNonMergeFileID(mergePath)
if err != nil {
return nil
}
// 删除旧的数据文件
fileID := uint32(0)
for ; fileID < nonMergeFileId; fileID++ {
filename := data.GetDataFileName(db.dirPath, fileID)
if _, err := os.Stat(filename); err == nil {
if err := os.Remove(filename); err != nil {
return err
}
}
}
// 将新的数据文件移动到数据目录中
for _, filename := range mergeFileNames {
srcPath := filepath.Join(mergePath, filename)
destPath := filepath.Join(db.dirPath, filename)
if err := os.Rename(srcPath, destPath); err != nil {
return err
}
}
return nil
}
func (db *DB) initDirectory() (bool, error) {
if _, err := os.Stat(db.dirPath); os.IsNotExist(err) {
if err := os.Mkdir(db.dirPath, os.ModePerm); err != nil {
return false, err
}
return true, nil
}
return false, nil
}
// 判断基于dirPath目录是否被使用
func (db *DB) checkDatabaseIsUsing() error {
fileLock := flock.New(filepath.Join(db.dirPath, fileLockName))
locked, err := fileLock.TryLock()
if err != nil {
return err
}
if !locked {
return ErrDatabaseIsUsing
}
db.fileLock = fileLock
return nil
}
// 检测dirPath目录是否有.data文件
func (db *DB) checkDatabaseHasData() (bool, error) {
entries, err := os.ReadDir(db.dirPath)
if err != nil {
return false, err
}
hasData := false
for _, entry := range entries {
if strings.HasSuffix(entry.Name(), data.DataFileNameSuffix) {
hasData = true
break
}
}
return hasData, nil
}
func (db *DB) loadDataFiles() error {
entries, err := os.ReadDir(db.dirPath)
if err != nil {
return err
}
var fileIDs []int
for _, entry := range entries {
if strings.HasSuffix(entry.Name(), data.DataFileNameSuffix) {
tmps := strings.Split(entry.Name(), ".")
fileID, err := strconv.Atoi(tmps[0])
if err != nil {
return ErrDataDirectoryCorrupted
}
fileIDs = append(fileIDs, fileID)
}
}
sort.Ints(fileIDs)
db.fileIDs = fileIDs
for i, fileID := range fileIDs {
ioType := fio.StandardFileIO
if db.mmapAtStartUp {
ioType = fio.MemoryMap
}
dataFile, err := data.OpenDataFile(db.dirPath, uint32(fileID), ioType)
if err != nil {
return err
}
if i == len(fileIDs)-1 {
db.activeFile = dataFile
} else {
db.oldFiles[uint32(fileID)] = dataFile
}
}
return nil
}
func (db *DB) loadIndexFromDataFiles() error {
if len(db.fileIDs) == 0 {
return nil
}
// 查看是否发生过 merge
hasMerge, nonMergeFileId := false, uint32(0)
mergeFinFileName := filepath.Join(db.dirPath, data.MergeFinishedFileName)
if _, err := os.Stat(mergeFinFileName); err == nil {
fid, err := db.getNonMergeFileID(db.dirPath)
if err != nil {
return err
}
hasMerge = true
nonMergeFileId = fid
}
updateIndex := func(key []byte, typ data.LogRecordType, pos *data.LogRecordPos) {
var oldPos *data.LogRecordPos
if typ == data.LogRecordDeleted {
oldPos, _ = db.indexer.Delete(key)
db.reclaimSize += int64(pos.Size)
} else {
oldPos = db.indexer.Put(key, pos)
}
if oldPos != nil {
db.reclaimSize += int64(oldPos.Size)
}
}
// 暂存事务数据
transactionRecords := make(map[uint64][]*data.TransactionRecord)
currentSeqNo := nonTransactionSeqNo
for i, fileID := range db.fileIDs {
fileID := uint32(fileID)
// 如果比最近未参与 merge 的文件 id 更小,则说明已经从 Hint 文件中加载索引了
if hasMerge && fileID < nonMergeFileId {
continue
}
var dataFile *data.DataFile
if fileID == db.activeFile.FileID {
dataFile = db.activeFile
} else {
dataFile = db.oldFiles[fileID]
}
offset := int64(0)
for {
logRecord, size, err := dataFile.ReadLogRecord(offset)
if err != nil {
if err == io.EOF {
break
}
return err
}
logRecordPos := &data.LogRecordPos{FileID: fileID, Offset: offset, Size: uint32(size)}
realKey, seqNo := parseLogRecordKey(logRecord.Key)
if seqNo == nonTransactionSeqNo {
updateIndex(realKey, logRecord.Type, logRecordPos)
} else {
if logRecord.Type == data.LogRecordTxnFinished {
// 事务完成,对应的 seq no 的数据可以更新到内存索引中
for _, txnRecord := range transactionRecords[seqNo] {
updateIndex(txnRecord.Record.Key, txnRecord.Record.Type, txnRecord.Pos)
}
delete(transactionRecords, seqNo)
} else {
logRecord.Key = realKey
transactionRecords[seqNo] = append(transactionRecords[seqNo], &data.TransactionRecord{
Record: logRecord,
Pos: logRecordPos,
})
}
}
// 更新事务序列号
if seqNo > currentSeqNo {
currentSeqNo = seqNo
}
offset += size
}
if i == len(db.fileIDs)-1 {
db.activeFile.WriteOffset = offset
}
}
db.seqNo = currentSeqNo
return nil
}
func (db *DB) Close() error {
defer func() {
// 释放文件锁
if err := db.fileLock.Unlock(); err != nil {
panic(fmt.Sprintf("failed to unlock the directory, %v", err))
}
// 关闭索引
if err := db.indexer.Close(); err != nil {
panic("failed to close index")
}
}()
if db.activeFile == nil {
return nil
}
db.mu.Lock()
defer db.mu.Unlock()
// 保存当前事务序列号
if err := db.saveCurrentSeqNo(); err != nil {
return err
}
// 关闭当前活跃文件g
if err := db.activeFile.Close(); err != nil {
return err
}
// 关闭旧的数据文件
for _, file := range db.oldFiles {
if err := file.Close(); err != nil {
return err
}
}
return nil
}
func (db *DB) saveCurrentSeqNo() error {
seqNoFile, err := data.OpenSeqNoFile(db.dirPath)
if err != nil {
return err
}
record := &data.LogRecord{
Key: []byte(seqNoKey),
Value: []byte(strconv.FormatUint(db.seqNo, 10)),
}
encBuf, _ := data.EncodeLogRecord(record)
if err := seqNoFile.Write(encBuf); err != nil {
return err
}
if err := seqNoFile.Sync(); err != nil {
return err
}
return nil
}
func (db *DB) Sync() error {
if db.activeFile == nil {
return nil
}
db.mu.Lock()
defer db.mu.Unlock()
return db.activeFile.Sync()
}
// Backup 备份数据库,将数据文件拷贝到新的目录中
func (db *DB) Backup(dir string) error {
db.mu.RLock()
defer db.mu.RUnlock()
return utils.CopyDir(db.dirPath, dir, []string{fileLockName})
}
func (db *DB) Get(key []byte) ([]byte, error) {
if len(key) == 0 {
return nil, ErrKeyIsEmpty
}
db.mu.RLock()
defer db.mu.RUnlock()
info := db.indexer.Get(key)
if info == nil {
return nil, ErrKeyNotFound
}
return db.getValueByIndexInfo(info)
}
func (db *DB) Put(key []byte, val []byte) error {
if len(key) == 0 {
return ErrKeyIsEmpty
}
logRecord := &data.LogRecord{
Key: logRecordKeyWithSeqNo(key, nonTransactionSeqNo),
Value: val,
Type: data.LogRecordNormal,
}
info, err := db.appendLogRecordWithLock(logRecord)
if err != nil {
return err
}
if oldInfo := db.indexer.Put(key, info); oldInfo != nil {
db.reclaimSize += int64(oldInfo.Size)
}
return nil
}
func (db *DB) Delete(key []byte) error {
if len(key) == 0 {
return ErrKeyIsEmpty
}
if info := db.indexer.Get(key); info == nil {
return nil
}
logRecord := &data.LogRecord{Key: logRecordKeyWithSeqNo(key, nonTransactionSeqNo), Type: data.LogRecordDeleted}
info, err := db.appendLogRecordWithLock(logRecord)
if err != nil {
return err
}
db.reclaimSize += int64(info.Size)
oldInfo, ok := db.indexer.Delete(key)
if !ok {
return ErrIndexUpdateFailed
}
if oldInfo != nil {
db.reclaimSize += int64(oldInfo.Size)
}
return nil
}
func (db *DB) ListKeys() ([][]byte, error) {
iterator := db.indexer.Iterator(false)
defer iterator.Close()
keys := make([][]byte, db.indexer.Size())
idx := 0
for iterator.Rewind(); iterator.Valid(); iterator.Next() {
keys[idx] = iterator.Key()
idx++
}
return keys, nil
}
// Fold 获取所有的数据,并执行用户指定的操作,函数返回 false 时终止遍历
func (db *DB) Fold(fn func(key []byte, value []byte) bool) error {
db.mu.RLock()
defer db.mu.RUnlock()
iterator := db.indexer.Iterator(false)
defer iterator.Close()
for iterator.Rewind(); iterator.Valid(); iterator.Next() {
value, err := db.getValueByIndexInfo(iterator.Value())
if err != nil {
return err
}
if !fn(iterator.Key(), value) {
break
}
}
return nil
}
func (db *DB) checkConfiguration() error {
if db.dirPath == "" {
return errors.New("error: database direcotry path is empty")
}
if db.dataFileSize <= 0 {
return errors.New("error: database data file size must be greater than 0")
}
return nil
}
func (db *DB) getValueByIndexInfo(info *data.LogRecordPos) ([]byte, error) {
var dataFile *data.DataFile
if db.activeFile.FileID == info.FileID {
dataFile = db.activeFile
} else {
dataFile = db.oldFiles[info.FileID]
}
if dataFile == nil {
return nil, ErrDataFileNotFound
}
logRecord, _, err := dataFile.ReadLogRecord(info.Offset)
if err != nil {
return nil, err
}
if logRecord.Type == data.LogRecordDeleted {
return nil, ErrKeyNotFound
}
return logRecord.Value, nil
}
func (db *DB) appendLogRecordWithLock(logRecord *data.LogRecord) (*data.LogRecordPos, error) {
db.mu.Lock()
defer db.mu.Unlock()
return db.appendLogRecord(logRecord)
}
// 向activeFile追加写入数据
func (db *DB) appendLogRecord(logRecord *data.LogRecord) (*data.LogRecordPos, error) {
if db.activeFile == nil {
if err := db.updateActiveDataFile(); err != nil {
return nil, err
}
}
encodedRecord, size := data.EncodeLogRecord(logRecord)
if db.activeFile.WriteOffset+size > db.dataFileSize {
// 当前file大小不够,刷新到disk,创建新的文件
if err := db.activeFile.Sync(); err != nil {
return nil, err
}
db.oldFiles[db.activeFile.FileID] = db.activeFile
if err := db.updateActiveDataFile(); err != nil {
return nil, err
}
}
offset := db.activeFile.WriteOffset
if err := db.activeFile.Write(encodedRecord); err != nil {
return nil, err
}
db.bytesWrite += uint64(size)
if db.needSync() {
if err := db.activeFile.Sync(); err != nil {
return nil, err
}
db.bytesWrite = 0
}
return &data.LogRecordPos{FileID: db.activeFile.FileID, Offset: offset, Size: uint32(size)}, nil
}
func (db *DB) needSync() bool {
if db.syncWrite {
return true
}
return db.bytesPerSync > 0 && db.bytesWrite >= uint64(db.bytesPerSync)
}
// updateActiveDataFile 更新设置ActiveDataFile 需要持有db的锁
func (db *DB) updateActiveDataFile() error {
fileID := uint32(0)
if db.activeFile != nil {
fileID = db.activeFile.FileID + 1
}
dataFile, err := data.OpenDataFile(db.dirPath, fileID, fio.StandardFileIO)
if err != nil {
return err
}
db.activeFile = dataFile
return nil
}