Redis的虚拟存储系统（VM subsystem）的目的是实现将Redis对象（Redis Objects）方便的在主存（Memory）和硬盘（Disk）之间交换。在Redis虚拟存储系统中，Redis仅仅会将和值（Values）关联的对象交换（swap）到硬盘上。

在Redis的顶层的Hash 表中，将一部分的Redis对象（键Key）映射到另一部分Redis对象（值Value）。从而实现可以只将value交换到硬盘，而key对象不交换到硬盘，这保证了Redis非常好的查找性能（一般查找都是通过Key实现）。Redis虚存系统设计目标就是保证有虚存的Redis系统和没有虚存的Redis系统性能相差不大。

当一个对象（包括Key 和 Value）被交换到硬盘，在Hash表中：

  • Key还在内存中，保存着一个代表着Kye的Redis对象。
  • Value被设成了NULL。

到这里，你也许会问，在哪里存储被交换出去的Value信息（这Value和某个Key关联着）。事实上，在Redis中，就在Key对象中。

下面是Redis对象robj的数据结构：

  /* The actual Redis Object */
typedef struct redisObject {
    void *ptr;
    unsigned char type;
    unsigned char encoding;
    unsigned char storage;  /* If this object is a key, where is the value?
                             * REDIS_VM_MEMORY, REDIS_VM_SWAPPED, ... */
    unsigned char vtype; /* If this object is a key, and value is swapped out,
                          * this is the type of the swapped out object. */
    int refcount;
    /* VM fields, this are only allocated if VM is active, otherwise the
     * object allocation function will just allocate
     * sizeof(redisObjct) minus sizeof(redisObjectVM), so using
     * Redis without VM active will not have any overhead. */
    struct redisObjectVM vm;
} robj;

正如你所看到的，这个数据结构中有一些域是和虚拟存储相关的。最重要的域是storage,其取值可能有如下几个：

  • REDIS_VM_MEMORY: 对应的Value就在内存中
  • REDIS_VM_SWAPPED: 对应的Value已被交换, 并且hash表中入口刚被设成了NULL.
  • REDIS_VM_LOADING: 对应的Value已被交换, hash表中入口是NULL, 并且对象正从硬盘Load到主存中(这个值仅仅在线程VM/ThreadedVM激活时有效，具体什么事threaded VM，详见我的下一篇博文).
  • REDIS_VM_SWAPPING: 对应的Value在主存中, hash表中入口是一个指向redis对象的指针, 但是系统存在一个把这些Value交换到硬盘的IO任务.

    假如一个对象被交换到硬盘(REDIS_VM_SWAPPED 或 REDIS_VM_LOADING)，我们是如何知道其存储在硬盘上的位置以及类型呢，这是通过vtype域和vm域（一个redisObjectVM结构体）来实现的：在vtype中保存着交换出去的对象的类型信息，在vm域中存储着交换出去对象在硬盘中的位置。这是redisObjectVM结构体的定义：

      /* The VM object structure */
struct redisObjectVM {
    off_t page;         /* the page at which the object is stored on disk */
    off_t usedpages;    /* number of pages used on disk */
    time_t atime;       /* Last access time */
} vm;

    在这个结构体中，包括着对象在交换文件的起始页信息，占用的总页数，以及上一次访问时间（这对于交换算法很重要，因为我们希望交换出去的数据时最少访问的）。

    在这里，也许你会问一个问题，假如虚存被禁用了，那vm域所占用的空间岂不浪费了，而对redis这种内存数据库来说，存储可是宝贵的很，在Redis中，为了解决这个问题，在对象申请空间时做了如下处理：

      ... some code ...
        if (server.vm_enabled) {
            pthread_mutex_unlock(&server.obj_freelist_mutex);
            o = zmalloc(sizeof(*o));
        } else {
            o = zmalloc(sizeof(*o)-sizeof(struct redisObjectVM));
        }
... some code ...

    当虚存被禁用时，申请的空间大侠是sizeof(*o)-sizeof(struct redisObjectVM)，这里不包括vm域的空间。通过将vm域放到最后，我们可以在禁用VM的Redis中不浪费空间，并且保证实现的可靠性。

    注：本文内容翻译自redis源码包doc目录中的相关文档。