存盤引擎的介紹
資料庫存盤引擎是資料庫底層軟體組織，資料庫管理系統（DBMS）通過資料引擎，對資料進行創建、查詢、修改和洗掉的操作，不同的存盤引擎提供不同的存盤機制、索引技巧、鎖定水平等功能，使用不同的存盤引擎，還可以獲得資料庫特定的功能，
作為資料庫的支撐底盤，一個成熟的存盤引擎必須要考慮各個方面，包括資料讀寫的效率，包括如何成本最低風險最小地運作，而TcaplusDB在考慮了以上這些因素后，結合我們是一個鍵值型資料庫的特點，我們選擇了騰訊完全自研的TXHDB存盤引擎來落地TcaplusDB的資料， 下面介紹一下TXHDB存盤引擎的格式和優勢所在，
存盤引擎格式
TcaplusDB的資料檔案大致可以分為3個區，頭部區、記憶體映射區和檔案訪問區，見下圖，其中記憶體映射區和檔案訪問區是用于存放真實資料的，
其中：
- 頭部區，用于存放元資料、統計資料、Hash桶、空閑塊鏈表頭，擴展資料等資訊，
- 記憶體映射區，這部分空間會在資料檔案加載時，通過mmap的方式映射到記憶體地址空間中，使用讀寫記憶體的方式讀寫該區域，間接地達到快取在記憶體中的效果，該區域位于資料檔案的前部，默認大小為1G，
- 檔案訪問區，緊接著記憶體映射區后面就是所謂的檔案訪問區，該區域的資料讀寫通過普通的檔案讀寫介面進行，
更詳細的格式內容如下： 
整個檔案分為頭部控制資訊區和資料區域；
資料檔案打開時，從檔案最開始建立檔案映射物件，對于寫操作，至少將控制頭部區域放入記憶體映射范圍；
Key-value資料記錄通過hash表進行組織，hash沖突解決策略有二叉平衡樹和線性鏈兩種，通過引擎檔案創建時通過引數可以決定使用哪種沖突解決策略；二叉樹平衡樹通過對key計算另外一個hash值（稱為二次hash）建立；
資料在mmap區域外時，對資料的訪問通過基于檔案起始位置的偏移，使用pread/pwrite來訪問，
頭部控制區域分為以下幾個部分：
- 基本控制資訊區：包含magic、版本資訊、檔案型別、記錄對齊引數、空閑塊引數、壓縮屬性、桶數、記錄數、檔案大小、首條記錄位置、桶資訊、空閑塊資訊等，
- Hash桶資訊區：存盤hash每個桶首條記錄的存盤偏移；
- 記憶體空閑鏈表頭：此檔案中處于mmap區域范圍內的空閑資料塊鏈表表頭；
- 檔案空閑塊表頭：mmap區域外空閑資料塊鏈表的表頭；
- LRU資訊區域：跟蹤mmap區域資料記錄訪問情況的LRU鏈；
- 擴展區域：對txhdb透明存盤區域，tcapsvr通過此區域存盤資料表描述資訊；
空閑塊管理
資料記錄的大小不一，資料記錄在存盤程序中，大小改變或洗掉會導致檔案中出現一些空閑塊，為減少大小不一空閑塊的整理利用的開銷，TXHDB采用塊空間來存盤資料記錄，塊空間通過一個apow的引數設定其對齊方式，即通過apow定義資料塊的最少大小；整個存盤塊由按照最小對齊單元進行逐層線性增長的塊陣列組成，資料塊的級數通過fpow引數決定，如果apow為8，fpow為10，則空閑資料塊起示意圖如下：
實際資料key或value通過某一級別的一個或多個空閑塊來存盤，空閑塊分配原則：
- 優先使用記憶體空閑塊，然后使用檔案塊
- 基于記憶體優先使用連續塊，然后使用離散塊
- 基于檔案只能使用連續塊
如果記錄均為小記錄，那么整個檔案可能會存在過多的離散記錄，可以通過資料搬遷整理的方式定期對資料做整理，
Key Value分離
基于HASH表存盤資料記錄，每個資料的讀寫都必須訪問資料的Key，TXHDB采用Key-value分離的思路，優化資料檢索效率，具體如下：
將Key和Value分離存盤，分別存盤到Key結點和Value結點，Hash值映射到Key結點，Key結點再映射到Value結點，Key結點優先存盤在記憶體中，Value結點有可能存盤在記憶體中也有可能存盤在磁盤中，
具體說明如下：
- 一條記錄的key，可能有多個塊組成， 一個Head塊， 多個split塊，每一個塊中記錄下一個塊的offset. 同時key head塊中記錄的有value頭塊的offset，
- 一條記錄的val， 也可能有多個塊組成， 一個head塊， 多個spl塊，val的offset，記錄再key的head中，
- 通過將key的offset記錄在hash桶中， 沖突的記錄，offset記錄在keyHead的left和right中以實作鏈表或二叉樹，
- 線上業務通常width_等于32，即4B， 則 keyHead默認最小塊為64B（apow的取值最小為6，2**6=64B）， 其中引擎自有資訊需要占用32B – 33B， 業務可用為31B到32B, 業務據此可設計更有效的key，使key占用的塊盡可能少，
多級LRU鏈 進行資料熱度管理
為記錄資料的訪問熱點，對mmap區域內的資料建立多級LRU鏈來跟蹤，LRU鏈的級數通過引數可以定制，采用多級LRU而非一級LRU鏈主要是淘汰時除考慮最近訪問時間外，還評估最近訪問次數， 
- 多級LRU，綜合考慮最近訪問時間和訪問次數
- 讀寫訪問時增加訪問計數，定位掃描時減訪問次數
- 優先淘汰訪問次數為1的LRU鏈中的記錄
- 換出條件：剩余記憶體低于一定閥值
- 換入條件：剩余記憶體高于一定閥值
最后
我們已經了解了 TcaplusDB 個分布式的 NoSql資料庫搜素引擎的基本結構，后續我們將揭開更多TcaplusDB設計的特殊奧秘，
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標籤：NoSQL
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