LevelDB源码之三SSTable

LevelDB源码之三SSTable

上一节提到的MemTable是内存表，而当内存表增长到一定程度时(memtable.size> Options::write_buffer_size)，会将当前的MemTable数据持久化(LevelDB中实际有两份MemTable，后面LevelDB数据库备忘时会讲)。持久化的文件(sst文件)称之为Table，LevelDB中的Table分为不同的层级，当前版本的***层级为7(0-6),table中level0的数据***，level6的数据最旧。

Compaction动作负责触发内存表到SSTable的转换，LOG恢复时也会执行，这里不关心Compaction或恢复的任何细节，后面会单独备忘。

LevelDB通过BuildTable方法完成SSTable的构建，其创建SSTable文件并将memtable中的记录依次写入文件。BuildTable带了一个输出参数，FileMetaData：

number为一个递增的序号，用于创建文件名，allowed_seeks作者有提到，是当前文件在Compaction到下一级之前允许Seek的次数，这个次数和文件大小相关，文件越大，Compaction之前允许Seek的次数越多，这个Version备忘时也会提。

BuildTable方法中真正做事的时TableBuilder，通过调用Add方法将所有记录添加到数据表中，完成SSTable创建。

TableBuilder主要做了如下几件事：

创建Index Block：用于Data Block的快速定位

将数据分为一个个的Data Block

如文件需要压缩，执行压缩动作

依次写入Data Block、Meta Block、Index Block、Footer Block，形成完整的SSTable文件结构

其中阶段1-3由Add方法完成，阶段4由Finish方法完成，先来看Add方法：

Add方法创建Data Block、IndexBlock，DataBlcok通过Flush刷入磁盘文件。

再来看Finish方法：

Finish依次写入：尚未写入的***一块Data Block及Meta Block、Index Block、Footer。Meta Block暂未使用，Footer则保存了meta block、index block的位置信息。

Block

Data Block、Meta Block、Index Block是业务划分，分别代表用户数据块、元数据块及用户数据索引块。其存储格式均为Block结构：

Record代表一条数据，蓝色及红色部分(统一称作”重启点”)为附加信息，而这些是做什么的呢?两点：性能优化、节省空间。

我们先来看Restart列表的构建逻辑：

每隔一定间隔(block_restart_interval)Record就会创建一个新的重启点，重启点内容为当前block的大小，即重启点在block内的偏移。

每当添加一个新的重启点时，重启点指向位置的Record中一定保存了完整的key值(shared size = 0),随后的Record中保存的key值仅为和上一个Record的差异值。因为Key在Block中是有序排列的，所以相邻key值重叠区域节省的空间还是非常可观的。

基于上述实现，问题来了：当需要定位一条记录时，因为record中key的信息是不完整的，仅包含了和上一条的差异项，但上一条记录本身也只包含了和再上一条的差异项，那么定位一条记录时如何做key比较?如果需要一直向上查找完成key值拼接，性能上会不会有损伤?

分析这个问题就要了解重启点的定位：Block的一级索引，SSTable的二级索引(Index Block是SSTable的一级索引)。本文将每个重启点记录位置所属的Record列表称为一个Restart Block

假设每条record记录的都是完整的key值时，从SSTable中查找一条记录的工作流如下：

根据Key值从Index Block中找到所属的Data Block

根据Key值从“重启点”列表中找到所属的Restart Block，从Restart Block的起始位置进行key值比较，找到正确的记录。

在上述流程中，我们必定会先找到一个Restart Point，随后进行key值比较，而Restart Point记录本身包含了完整的key值信息，后续key值均可基于此key得到。

Restart列表本身做为索引，提升了查找性能，而key值存储的小技巧又降低了空间使用率，在不损伤性能的情况小降低空间利用率，这是一个很好的例子。

即使这样，作者觉得还不够，空间利用率还可以进一步优化，并且不损伤任何读取数据的性能。

做法和Restart列表的做法类似，是在Index Block中，通过调用FindShortestSeparator / FindShortSuccessor方法实现。

FindShortestSeparator找到start、limit之间最短的key值，如“helloworld”和”hellozoomer”之间最短的key值可以是”hellox”。FindShortSuccessor则更极端，用于找到比key值大的最小key，如传入“helloworld”，返回的key值可能是“i”而已。

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