levelDB SSTable-1

2024-01-04 17:17:34

 创建sstable文件

 

了解了sstable文件的存储格式，以及Data Block的组织，下面就可以分析如何创建sstable文件了。相关代码在table_builder.h/.cc以及block_builder.h/.cc（构建Block）中。

6.4.1 TableBuilder类

构建sstable文件的类是TableBuilder，该类提供了几个有限的方法可以用来添加k/v对，Flush到文件中等等，它依赖于BlockBuilder来构建Block。

TableBuilder的几个接口说明下：

> void Add(const Slice& key, const Slice& value)，向当前正在构建的表添加新的{key, value}对，要求根据Option指定的Comparator，key必须位于所有前面添加的key之后；

> void Flush()，将当前缓存的k/v全部flush到文件中，一个高级方法，大部分的client不需要直接调用该方法；

> void Finish()，结束表的构建，该方法被调用后，将不再会使用传入的WritableFile；

> void Abandon()，结束表的构建，并丢弃当前缓存的内容，该方法被调用后，将不再会使用传入的WritableFile；【只是设置closed为true，无其他操作】

一旦Finish()/Abandon()方法被调用，将不能再次执行Flush或者Add操作。

下面来看看涉及到的类，如图6.3-1所示。

levelDB SSTable-1

图6.3-1

其中WritableFile和op log一样，使用的都是内存映射文件。Options是一些调用者可设置的选项。

TableBuilder只有一个成员变量Rep* rep_，实际上Rep结构体的成员就是TableBuilder所有的成员变量；这样做的目的，可能是为了隐藏其内部细节。Rep的定义也是在.cc文件中，对外是透明的。

简单解释下成员的含义：

[cpp] view plaincopy
 
  1. Options options;   // data block的选项  
  2. Options index_block_options; // index block的选项  
  3. WritableFile* file;  // sstable文件  
  4. uint64_t offset; // 要写入data block在sstable文件中的偏移，初始0  
  5. Status status; //当前状态-初始ok  
  6. BlockBuilder data_block; //当前操作的data block  
  7. BlockBuilder index_block; // sstable的index block  
  8. std::string last_key; //当前data block最后的k/v对的key  
  9. int64_t num_entries; //当前data block的个数，初始0  
  10. bool closed;          //调用了Finish() or Abandon()，初始false  
  11. FilterBlockBuilder*filter_block; //根据filter数据快速定位key是否在block中  
  12. bool pending_index_entry; //见下面的Add函数，初始false  
  13. BlockHandle pending_handle; //添加到index block的data block的信息  
  14. std::string compressed_output;//压缩后的data block，临时存储，写入后即被清空  

Filter block是存储的过滤器信息，它会存储{key, 对应data block在sstable的偏移值}，不一定是完全精确的，以快速定位给定key是否在data block中。

下面分析如何向sstable中添加k/v对，创建并持久化sstable。其它函数都比较简单，略过。另外对于Abandon，简单设置closed=true即返回。

6.4.2 添加k/v对

这是通过方法Add(constSlice& key, const Slice& value)完成的，没有返回值。下面分析下函数的逻辑：

S1 首先保证文件没有close，也就是没有调用过Finish/Abandon，以及保证当前status是ok的；如果当前有缓存的kv对，保证新加入的key是最大的。

[cpp] view plaincopy
 
  1. Rep* r = rep_;  
  2. assert(!r->closed);  
  3. if (!ok()) return;  
  4. if (r->num_entries > 0) {  
  5.    assert(r->options.comparator->Compare(key, Slice(r->last_key))> 0);  
  6. }  

S2 如果标记r->pending_index_entry为true，表明遇到下一个data block的第一个k/v，根据key调整r->last_key，这是通过Comparator的FindShortestSeparator完成的。

[cpp] view plaincopy
 
  1. if (r->pending_index_entry) {  
  2.    assert(r->data_block.empty());  
  3.    r->options.comparator->FindShortestSeparator(&r->last_key,key);  
  4.    std::string handle_encoding;  
  5.    r->pending_handle.EncodeTo(&handle_encoding);  
  6.    r->index_block.Add(r->last_key, Slice(handle_encoding));  
  7.    r->pending_index_entry =false;  
  8. }  

接下来将pending_handle加入到index block中{r->last_key, r->pending_handle’sstring}。最后将r->pending_index_entry设置为false。

值得讲讲pending_index_entry这个标记的意义，见代码注释：

直到遇到下一个databock的第一个key时，我们才为上一个datablock生成index entry，这样的好处是：可以为index使用较短的key；比如上一个data block最后一个k/v的key是"the quick brown fox"，其后继data block的第一个key是"the who"，我们就可以用一个较短的字符串"the r"作为上一个data block的index block entry的key。

简而言之，就是在开始下一个datablock时，Leveldb才将上一个data block加入到index block中。标记pending_index_entry就是干这个用的，对应data block的index entry信息就保存在（BlockHandle）pending_handle。

S3 如果filter_block不为空，就把key加入到filter_block中。

[cpp] view plaincopy
 
  1. if (r->filter_block != NULL) {  
  2.    r->filter_block->AddKey(key);  
  3. }  

S4 设置r->last_key = key，将(key, value)添加到r->data_block中，并更新entry数。

[cpp] view plaincopy
 
  1. r->last_key.assign(key.data(), key.size());  
  2. r->num_entries++;  
  3. r->data_block.Add(key,value);  

S5 如果data block的个数超过限制，就立刻Flush到文件中。

[cpp] view plaincopy
 
  1. const size_testimated_block_size = r->data_block.CurrentSizeEstimate();  
  2. if (estimated_block_size >=r->options.block_size) Flush();  

6.4.3 Flush文件

该函数逻辑比较简单，直接见代码如下：

[cpp] view plaincopy
 
  1. Rep* r = rep_;  
  2. assert(!r->closed); // 首先保证未关闭，且状态ok  
  3. if (!ok()) return;  
  4. if (r->data_block.empty())return; // data block是空的  
  5. // 保证pending_index_entry为false，即data block的Add已经完成  
  6. assert(!r->pending_index_entry);  
  7. // 写入data block，并设置其index entry信息—BlockHandle对象  
  8. WriteBlock(&r->data_block, &r->pending_handle);  
  9. //写入成功，则Flush文件，并设置r->pending_index_entry为true，  
  10. //以根据下一个data block的first key调整index entry的key—即r->last_key  
  11. if (ok()) {  
  12.   r->pending_index_entry =true;  
  13.   r->status =r->file->Flush();  
  14. }  
  15. if (r->filter_block != NULL){ //将data block在sstable中的便宜加入到filter block中  
  16.   r->filter_block->StartBlock(r->offset); // 并指明开始新的data block  
  17. }  

6.4.4 WriteBlock函数

在Flush文件时，会调用WriteBlock函数将data block写入到文件中，该函数同时还设置data block的index entry信息。原型为：

void WriteBlock(BlockBuilder* block, BlockHandle* handle)

该函数做些预处理工作，序列化要写入的data block，根据需要压缩数据，真正的写入逻辑是在WriteRawBlock函数中。下面分析该函数的处理逻辑。

S1 获得block的序列化数据Slice，根据配置参数决定是否压缩，以及根据压缩格式压缩数据内容。对于Snappy压缩，如果压缩率太低<12.5%，还是作为未压缩内容存储。

BlockBuilder的Finish()函数将data block的数据序列化成一个Slice。

[cpp] view plaincopy
 
  1. Rep* r = rep_;  
  2. Slice raw = block->Finish(); // 获得data block的序列化字符串  
  3. Slice block_contents;  
  4. CompressionType type =r->options.compression;  
  5.   
  6. switch (type) {  
  7.   case kNoCompression: block_contents= raw; break; // 不压缩  
  8.   case kSnappyCompression: { // snappy压缩格式  
  9.     std::string* compressed =&r->compressed_output;  
  10.     if(port::Snappy_Compress(raw.data(), raw.size(), compressed) &&  
  11.         compressed->size()< raw.size() - (raw.size() / 8u)) {  
  12.         block_contents =*compressed;  
  13.     } else { // 如果不支持Snappy，或者压缩率低于12.5%，依然当作不压缩存储  
  14.       block_contents = raw;  
  15.       type = kNoCompression;  
  16.     }  
  17.     break;  
  18.   }  
  19. }  

S2 将data内容写入到文件，并重置block成初始化状态，清空compressedoutput。

[cpp] view plaincopy
 
  1. WriteRawBlock(block_contents,type, handle);  
  2. r->compressed_output.clear();  
  3. block->Reset();  

6.4.5 WriteRawBlock函数

在WriteBlock把准备工作都做好后，就可以写入到sstable文件中了。来看函数原型：

void WriteRawBlock(const Slice& data, CompressionType, BlockHandle*handle);

函数逻辑很简单，见代码。

 

[cpp] view plaincopy
 
  1. Rep* r = rep_;  
  2. handle->set_offset(r->offset); // 为index设置data block的handle信息  
  3. handle->set_size(block_contents.size());  
  4.   
  5. nbsp;r->status =r->file->Append(block_contents); // 写入data block内容  
  6. if (r->status.ok()) {// 写入1byte的type和4bytes的crc32  
  7.   chartrailer[kBlockTrailerSize];  
  8.   trailer[0] = type;  
  9.   uint32_t crc = crc32c::Value(block_contents.data(),block_contents.size());  
  10.   crc = crc32c::Extend(crc, trailer, 1);  // Extend crc tocover block type  
  11.   EncodeFixed32(trailer+1, crc32c::Mask(crc));  
  12.   r->status =r->file->Append(Slice(trailer, kBlockTrailerSize));  
  13.   if (r->status.ok()) { // 写入成功更新offset-下一个data block的写入偏移  
  14.     r->offset +=block_contents.size() + kBlockTrailerSize;  
  15.   }  
  16. }  

 

6.4.6 Finish函数

调用Finish函数，表明调用者将所有已经添加的k/v对持久化到sstable，并关闭sstable文件。

该函数逻辑很清晰，可分为5部分。

S1 首先调用Flush，写入最后的一块data block，然后设置关闭标志closed=true。表明该sstable已经关闭，不能再添加k/v对。

[cpp] view plaincopy
 
  1. Rep* r = rep_;  
  2. Flush();  
  3. assert(!r->closed);  
  4. r->closed = true;  

BlockHandle filter_block_handle,metaindex_block_handle, index_block_handle;

S2 写入filter block到文件中

[cpp] view plaincopy
 
  1. if (ok() &&r->filter_block != NULL) {  
  2.   WriteRawBlock(r->filter_block->Finish(), kNoCompression,&filter_block_handle);  
  3. }  

S3 写入meta index block到文件中

如果filterblock不为NULL，则加入从"filter.Name"到filter data位置的映射。通过meta index block，可以根据filter名字快速定位到filter的数据区。

[cpp] view plaincopy
 
  1. if (ok()) {  
  2.   BlockBuildermeta_index_block(&r->options);  
  3.   if (r->filter_block !=NULL) {  
  4.     //加入从"filter.Name"到filter data位置的映射  
  5.     std::string key ="filter.";  
  6.     key.append(r->options.filter_policy->Name());  
  7.     std::string handle_encoding;  
  8.     filter_block_handle.EncodeTo(&handle_encoding);  
  9.     meta_index_block.Add(key,handle_encoding);  
  10.   }  
  11.   // TODO(postrelease): Add stats and other metablocks  
  12.   WriteBlock(&meta_index_block, &metaindex_block_handle);  
  13. }  

S4 写入index block，如果成功Flush过data block，那么需要为最后一块data block设置index block，并加入到index block中。

[cpp] view plaincopy
 
  1. if (ok()) {  
  2.   if (r->pending_index_entry){ // Flush时会被设置为true  
  3.     r->options.comparator->FindShortSuccessor(&r->last_key);  
  4.     std::string handle_encoding;  
  5.     r->pending_handle.EncodeTo(&handle_encoding);  
  6.     r->index_block.Add(r->last_key, Slice(handle_encoding)); // 加入到index block中  
  7.     r->pending_index_entry =false;  
  8.   }  
  9.   WriteBlock(&r->index_block, &index_block_handle);  
  10. }  

S5 写入Footer。

[cpp] view plaincopy
 
  1. if (ok()) {  
  2.   Footer footer;  
  3.   footer.set_metaindex_handle(metaindex_block_handle);  
  4.   footer.set_index_handle(index_block_handle);  
  5.   std::string footer_encoding;  
  6.   footer.EncodeTo(&footer_encoding);  
  7.   
  8.   r->status =r->file->Append(footer_encoding);  
  9.   if (r->status.ok()) {  
  10.     r->offset +=footer_encoding.size();  
  11.   }  
  12. }  

整个写入流程就分析完了，对于Datablock和Filter Block的操作将在Data block和Filter Block中单独分析，下面的读取相同。

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