文件格式

doc/table_format.md 中介绍了 表格式

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<beginning_of_file>
[data block 1]
[data block 2]
...
[data block N]
[meta block 1]
...
[meta block K]
[metaindex block]
[index block]
[Footer]        (fixed size; starts at file_size - sizeof(Footer))
<end_of_file>

sstable 按照 4K大小，分为若干个 block，每个block除了数据外，还有压缩类型，CRC
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footer 固定为 48个字节，因为采用了变长编码，如果不足长度，需要填充 0

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 metaindex_handle: char[p];     // Block handle for metaindex
 index_handle:     char[q];     // Block handle for index
 padding:          char[40-p-q];// zeroed bytes to make fixed length
                                // (40==2*BlockHandle::kMaxEncodedLength)
 magic:            fixed64;     // == 0xdb4775248b80fb57 (little-endian)


其中最后的magic number是固定的长度的8字节： 0xdb4775248b80fb57ull

BlockHandle 指向文件的某个位置和偏移量，用于自解释，一个 varint64 最多10个字节，所以 footer 包含了 4个最多40字节，不够级补 0

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class BlockHandle {
private:
  uint64_t offset_;
  uint64_t size_;
};

各个文件块的含义

  • Data Blocks: 存储一系列有序的key-value
  • Meta Block：存储key-value对应的filter(默认为bloom filter)
  • metaindex block: 指向Meta Block的索引
  • Index BLocks: 指向Data Blocks的索引
  • Footer : 指向索引的索引

文件块的物理格式，这里采用了前缀压缩的方式
先存储一个完整的key，后面的 key存储时，记录公有部分，只存非公有部分即可

逻辑格式

数据块的构建

构建数据块的实现在 table/block_builder.cc 中
主要函数

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// 使用前缀 key 的方式组织，16个 key为一个重启点
void BlockBuilder::Add(const Slice& key, const Slice& value)

// 超过阈值则flush，把所有 重启点也 flush 到磁盘
Slice BlockBuilder::Finish()

Add过程

  • 如果小于重启点阈值，默认为16，则求出当前 key 和 last_key 的公共部分长度
  • 如果大于重启点，则直接将整个 key 的长度记录下来，并清空 重启点 counter
  • 记录非公共部分，然后记录变长 int32的 shared、non_shared 长度，value长度
  • 追加到 std::string buffer_ 中
  • 更新 last_key_ 为当前 key 的公共部分

Finish

  • 将所有每个重启点都记录下来，保存为 fixed32
  • 记录所有充重启点数量
  • 重启点变量：std::vector<uint32_t> restarts_; // Restart points
  • 重启点变量中记录的是长度，对应的就是 key-value 的偏移量

数据块的组织 5

key_shared、non_shared，value的组织结构

数据的查找

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// 生成一个迭代器，用来查找
Iterator* Block::NewIterator(const Comparator* comparator)
// 返回的是 Block::Iter

查找入口

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void Seek(const Slice& target) override
  • 这里会在 重启点中，做二分查找
  • 找到key < target的最后一个重启点
  • 找到后，跳转到重启点
  • 自重启点线性向下，直到遇到key>= target的k/v对

索引的构建

索引的构建实现，在 table/table_builder.cc 中
这个文件中的 主要函数为

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void TableBuilder::Add(const Slice& key, const Slice& value)
void TableBuilder::Flush()
void TableBuilder::WriteBlock(BlockBuilder* block, BlockHandle* handle)
void TableBuilder::WriteRawBlock(const Slice& block_contents, CompressionType type, BlockHandle* handle)
Status TableBuilder::Finish()

Add流程

  • 上一个块的最后一个 key，和当前要写入的(也就是后面一个块的第一个 key)，计算这两个 key非分割
  • 假设上一个块的最后一个key是：“the quick brown fox”，当前的块第一个key是：“the who”
  • 分割的key就是 “the r”，正好比"the qu…" 的"q" 的 ASCII + 1
  • 如果上一个key 正好是当前key的前缀，那么直接返回 上一个key
  • 增加到 索引块中
  • 根据情况增加 filter块
  • 将 last_key 设置为 当前key，为后面做准备
  • 总数量++，写入到 data_block 中
  • 如果大于阈值，则 flush

Flush流程

  • 调用 WriteBlock 写入数据
  • 如果写成功，则将 pending_index_entry 设置为true，后面再写新的块，Add 流程的时候就会用到这个变量
  • 刷新到磁盘，处理filter 块

WriteBlock，写入的格式为：

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  // File format contains a sequence of blocks where each block has:
  //    block_data: uint8[n]
  //    type: uint8
  //    crc: uint32
  • 首先将 重启点写入到 buffer中
  • 是否要压缩，只支持 snappy 压缩类型

WriteRawBlock

  • 这个就是将待写入的内容，append到磁盘文件上
  • 最后补充 5个字节的内容，1个字节是 压缩类型，4个字节是CRC

索引块的组织 6

读取

读取相关的实现在 table/table.cc
重要函数

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Status Table::Open(const Options& options, RandomAccessFile* file, uint64_t size, Table** table)
void Table::ReadMeta(const Footer& footer)
Iterator* Table::BlockReader(void* arg, const ReadOptions& options, const Slice& index_value)
Status Table::InternalGet(const ReadOptions& options, const Slice& k, void* arg, void (*handle_result)(void*, const Slice&, const Slice&))

读取返回的是一个 两层的迭代器

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Iterator* Table::NewIterator(const ReadOptions& options) const {
  return NewTwoLevelIterator(
      rep_->index_block->NewIterator(rep_->options.comparator),
      &Table::BlockReader, const_cast<Table*>(this), options);
}

两层迭代器中的两个变量

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  IteratorWrapper index_iter_;
  IteratorWrapper data_iter_;  // May be nullptr

Open过程

  • 调用系统的文件 API，随机读 Footer 部分
  • 读取 index block，读取 meta block，并设置对应的变量保存

ReadMeta过程

  • 读取 meta 部分的 block，封装成一个 Block 对象
  • 创建一个两层迭代器，读取 meta中的 filter
  • 读取第一个 filter block块，封装为 BlockContents 对象
  • 再在第一个 filter block的基础上，创建 FilterBlockReader 对象

BlockReader过程

  • 这个就是调用系统的 文件API，随机读数据部分
  • 先 new 一个固定大小的buffer，然后读进去，再 CRC检查，并确定压缩类型，看是否要解压
  • 最后封装到 BlockContents 中返回
  • BlockContents 中包含了一个 Slice，数据就放在这里了

InternalGet过程

  • 先创建一个两层迭代器
  • index 迭代器根据 key，返回数据块迭代器
  • 在数据库迭代器上如果有 filter，则检查 这个key是否匹配 filter，也就是 bloom-filter是否匹配
  • 匹配的话，则读取这个数据块，跳转到对应的位置，具体处理逻辑是一个回调函数，回调函数内处理 key，value
  • 检查 status，并返回

参考