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LevelDb本質(zhì)上是一套存儲(chǔ)系統(tǒng)以及在這套存儲(chǔ)系統(tǒng)上提供的一些操作接口。為了便于理解整個(gè)系統(tǒng)及其處理流程，我們可以從兩個(gè)不同的角度來(lái)看待LevleDb：靜態(tài)角度和動(dòng)態(tài)角度。從靜態(tài)角度，可以假想整個(gè)系統(tǒng)正在運(yùn)行過(guò)程中（不斷插入刪除讀取數(shù)據(jù)），此時(shí)我們給LevelDb照相，從照片可以看到之前系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在內(nèi)存和磁盤(pán)中是如何分布的，處于什么狀態(tài)等；從動(dòng)態(tài)的角度，主要是了解系統(tǒng)是如何寫(xiě)入一條記錄，讀出一條記錄，刪除一條記錄的，同時(shí)也包括除了這些接口操作外的內(nèi)部操作比如compaction，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)崩潰后如何恢復(fù)系統(tǒng)等等方面。

本節(jié)所講的整體架構(gòu)主要從靜態(tài)角度來(lái)描述，之后接下來(lái)的幾節(jié)內(nèi)容會(huì)詳述靜態(tài)結(jié)構(gòu)涉及到的文件或者內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，LevelDb日知錄后半部分主要介紹動(dòng)態(tài)視角下的LevelDb，就是說(shuō)整個(gè)系統(tǒng)是怎么運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)的。

LevelDb作為存儲(chǔ)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)記錄的存儲(chǔ)介質(zhì)包括內(nèi)存以及磁盤(pán)文件，如果像上面說(shuō)的，當(dāng)LevelDb運(yùn)行了一段時(shí)間，此時(shí)我們給LevelDb進(jìn)行透視拍照，那么您會(huì)看到如下一番景象：

圖1.1：LevelDb結(jié)構(gòu)

從圖中可以看出，構(gòu)成LevelDb靜態(tài)結(jié)構(gòu)的包括六個(gè)主要部分：內(nèi)存中的MemTable和Immutable MemTable以及磁盤(pán)上的幾種主要文件：Current文件，Manifest文件，log文件以及SSTable(Sorted String table)文件。當(dāng)然，LevelDb除了這六個(gè)主要部分還有一些輔助的文件，但是以上六個(gè)文件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是LevelDb的主體構(gòu)成元素。

LevelDb的Log文件和Memtable與Bigtable論文中介紹的是一致的，當(dāng)應(yīng)用寫(xiě)入一條Key:Value記錄的時(shí)候，LevelDb會(huì)先往log文件里寫(xiě)入，成功后將記錄插進(jìn)Memtable中，這樣基本就算完成了寫(xiě)入操作，因?yàn)橐淮螌?xiě)入操作只涉及一次磁盤(pán)順序?qū)懞鸵淮蝺?nèi)存寫(xiě)入，所以這是為何說(shuō)LevelDb寫(xiě)入速度極快的主要原因。

Log文件在系統(tǒng)中的作用主要是用于系統(tǒng)崩潰恢復(fù)而不丟失數(shù)據(jù)，假如沒(méi)有Log文件，因?yàn)閷?xiě)入的記錄剛開(kāi)始是保存在內(nèi)存中的，此時(shí)如果系統(tǒng)崩潰，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)還沒(méi)有來(lái)得及Dump到磁盤(pán)，所以會(huì)丟失數(shù)據(jù)（Redis就存在這個(gè)問(wèn)題）。為了避免這種情況，LevelDb在寫(xiě)入內(nèi)存前先將操作記錄到Log文件中，然后再記入內(nèi)存中，這樣即使系統(tǒng)崩潰，也可以從Log文件中恢復(fù)內(nèi)存中的Memtable，不會(huì)造成數(shù)據(jù)的丟失。

當(dāng)Memtable插入的數(shù)據(jù)占用內(nèi)存到了一個(gè)界限后，需要將內(nèi)存的記錄導(dǎo)出到外存文件中，LevleDb會(huì)生成新的Log文件和Memtable，原先的Memtable就成為Immutable Memtable，顧名思義，就是說(shuō)這個(gè)Memtable的內(nèi)容是不可更改的，只能讀不能寫(xiě)入或者刪除。新到來(lái)的數(shù)據(jù)被記入新的Log文件和Memtable，LevelDb后臺(tái)調(diào)度會(huì)將Immutable Memtable的數(shù)據(jù)導(dǎo)出到磁盤(pán)，形成一個(gè)新的SSTable文件。SSTable就是由內(nèi)存中的數(shù)據(jù)不斷導(dǎo)出并進(jìn)行Compaction操作后形成的，而且SSTable的所有文件是一種層級(jí)結(jié)構(gòu)，第一層為L(zhǎng)evel 0，第二層為L(zhǎng)evel 1，依次類推，層級(jí)逐漸增高，這也是為何稱之為L(zhǎng)evelDb的原因。

SSTable中的文件是Key有序的，就是說(shuō)在文件中小key記錄排在大Key記錄之前，各個(gè)Level的SSTable都是如此，但是這里需要注意的一點(diǎn)是：Level 0的SSTable文件（后綴為.sst）和其它Level的文件相比有特殊性：這個(gè)層級(jí)內(nèi)的.sst文件，兩個(gè)文件可能存在key重疊，比如有兩個(gè)level 0的sst文件，文件A和文件B，文件A的key范圍是：{bar, car}，文件B的Key范圍是{blue,samecity}，那么很可能兩個(gè)文件都存在key=”blood”的記錄。對(duì)于其它Level的SSTable文件來(lái)說(shuō)，則不會(huì)出現(xiàn)同一層級(jí)內(nèi).sst文件的key重疊現(xiàn)象，就是說(shuō)Level L中任意兩個(gè).sst文件，那么可以保證它們的key值是不會(huì)重疊的。這點(diǎn)需要特別注意，后面您會(huì)看到很多操作的差異都是由于這個(gè)原因造成的。

SSTable中的某個(gè)文件屬于特定層級(jí)，而且其存儲(chǔ)的記錄是key有序的，那么必然有文件中的最小key和最大key，這是非常重要的信息，LevelDb應(yīng)該記下這些信息。Manifest就是干這個(gè)的，它記載了SSTable各個(gè)文件的管理信息，比如屬于哪個(gè)Level，文件名稱叫啥，最小key和最大key各自是多少。下圖是Manifest所存儲(chǔ)內(nèi)容的示意：

圖2.1：Manifest存儲(chǔ)示意圖

圖中只顯示了兩個(gè)文件（manifest會(huì)記載所有SSTable文件的這些信息），即Level 0的Test1.sst和Tes2t.sst文件，同時(shí)記載了這些文件各自對(duì)應(yīng)的key范圍，比如Test1.sst的key范圍是“abc”到“hello”，而文件Test2.sst的key范圍是“bbc”到“world”，可以看出兩者的key范圍是有重疊的。

Current文件是干什么的呢？這個(gè)文件的內(nèi)容只有一個(gè)信息，就是記載當(dāng)前的manifest文件名。因?yàn)樵贚evleDb的運(yùn)行過(guò)程中，隨著Compaction的進(jìn)行，SSTable文件會(huì)發(fā)生變化，會(huì)有新的文件產(chǎn)生，老的文件被廢棄，Manifest也會(huì)跟著反映這種變化，此時(shí)往往會(huì)新生成Manifest文件來(lái)記載這種變化，而Current則用來(lái)指出哪個(gè)Manifest文件才是我們關(guān)心的那個(gè)Manifest文件。

以上介紹的內(nèi)容就構(gòu)成了LevelDb的整體靜態(tài)結(jié)構(gòu)，在接下來(lái)的內(nèi)容中，我們會(huì)首先介紹重要文件或者內(nèi)存數(shù)據(jù)的具體數(shù)據(jù)布局與結(jié)構(gòu)。

下一節(jié)介紹LOG文件

LevelDB系列之整體架構(gòu)