Redis编译进内核：让系统效率更上一层楼
Redis是一款非常优秀的内存缓存数据库软件，它采用键值对存储数据，支持多种数据结构、分布式、事务等功能，被广泛应用于Web应用、游戏、移动应用等领域。由于Redis的高性能、可扩展性和稳定性，越来越多的企业开始采用Redis作为缓存方案，但是Redis在高并发场景下还是存在一定的性能压力，因此让Redis编译进内核是一种提高系统性能的好方法。
编译Redis进内核的核心思想是将Redis的常用代码或数据结构保存在内核中，这样可以减少系统调用次数，提高Redis的执行效率。具体做法是通过特定的内核驱动程序，将Redis的代码或数据结构加载到内核中，让Redis运行时直接访问内核中的代码或数据结构，这样就可以减少系统调用的开销，提高Redis的响应速度。
下面是一个简单的演示示例，我们将Redis的zset(key有序集合)数据结构编译进内核。首先需要修改Redis源码中的zset数据结构定义，将其定义为一个内核数据结构。具体的代码如下：
#include struct zset_node { struct list_head list; // zset节点用于连接不同的zset元素 int score; // 分数 char* value; // 元素值};struct kernel_zset { struct list_head head; // zset的表头，用于连接各个节点 int length; // zset的长度};这里我们将zset定义为一个链表结构，每个节点包括分数和元素值两个字段。在Redis启动时，将zset数据结构以内核模块的形式编译并加载到内核中。具体的代码如下：
#include #include #include #include #include "zset.h"struct kernel_zset *kernel_zset;static int __init zset_init(void){ kernel_zset = (struct kernel_zset*)kmalloc(sizeof(struct kernel_zset), GFP_KERNEL); INIT_LIST_HEAD(&kernel_zset->head); kernel_zset->length = 0; return 0;}static void __exit zset_exit(void){ kfree(kernel_zset);}module_init(zset_init);module_exit(zset_exit);这里我们利用Linux内核提供的kmalloc函数动态分配了一个内存区域，用于存储zset数据结构。同时，通过INIT_LIST_HEAD函数初始化表头，将zset的长度设置为0。在这个模块被加载时，zset_init函数会被调用，将表头和长度等信息初始化，可以理解为是Redis启动时加载内核驱动程序。在模块被卸载时，zset_exit函数会被调用，用于释放内存，可以理解为是Redis关闭时卸载内核驱动程序。
在Redis启动时，我们需要将zset数据结构加载到内核中，使之成为内核模块之一。这里我们依然借鉴Linux内核的模块机制，创建一个新的模块，将zset的初始化和卸载函数添加到模块中。具体的代码如下：
#include #include #include #include #include "zset.h"#define ZSET_MODULE "zset.ko"int mn(){ int fd, ret; fd = open(ZSET_MODULE, O_RDWR); if (fd perror("open"); return -1; } ret = ioctl(fd, ZSET_LOAD, 0); if (ret perror("ioctl"); return -1; } close(fd); printf("zset module is loaded.\n"); return 0;}可以看到，我们在用户态程序中使用ioctl函数调用内核驱动程序，将zset数据结构加载到内核中。具体的操作是将ZSET_LOAD命令传递给内核，让内核执行相应操作。在内核中，我们需要为ZSET_LOAD命令添加相应操作，具体的代码如下：
#include #include #include #include #include #include #include #include "zset.h"#define ZSET_PROC_FILE "zset"struct zset_node *zset_node_create(int score, char* value){ struct zset_node* node; node = (struct zset_node*)kmalloc(sizeof(struct zset_node), GFP_KERNEL); node->score = score; node->value = kstrdup(value, GFP_KERNEL); INIT_LIST_HEAD(&node->list); return node;}void zset_node_destroy(struct zset_node* node){ kfree(node->value); kfree(node);}struct kernel_zset* zset_create(){ struct kernel_zset* zset; zset = (struct kernel_zset*)kmalloc(sizeof(struct kernel_zset), GFP_KERNEL); INIT_LIST_HEAD(&zset->head); zset->length = 0; return zset;}void zset_destroy(struct kernel_zset* zset){ struct zset_node *pos, *next; list_for_each_entry_safe(pos, next, &zset->head, list) { list_del(&pos->list); zset_node_destroy(pos); } kfree(zset);}static int zset_proc_read(char *page, char **start, off_t off, int count, int *eof, void *data){ int len = 0; struct zset_node *pos; struct kernel_zset* zset = (struct kernel_zset*)data; list_for_each_entry(pos, &zset->head, list) { len += sprintf(page+len, "%d %s\n", pos->score, pos->value); } return len;}static ssize_t zset_proc_write(struct file *file, const char __user *buffer, size_t count, loff_t *data){ char* buf; int score; char* value; struct zset_node *pos, *new_node = NULL; struct kernel_zset* zset = (struct kernel_zset*)file->private_data; buf = (char*)kmalloc(count+1, GFP_KERNEL); if (!buf) return -ENOMEM; if (copy_from_user(buf, buffer, count)) { kfree(buf); return -EFAULT; } buf[count] = '\0'; sscanf(buf, "%d %s", &score, value); new_node = zset_node_create(score, value); list_for_each_entry(pos, &zset->head, list) { if (pos->score > score) { list_add_tl(&new_node->list, &pos->list); goto end; } } list_add_tl(&new_node->list, &zset->head);end: zset->length++; kfree(buf); return count;}static const struct file_operations zset_proc_fops = { .read = zset_proc_read, .write = zset_proc_write,};static int zset_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg){ struct kernel_zset* zset; switch(cmd) { case ZSET_LOAD: zset = zset_create(); proc_create_data(ZSET_PROC_FILE, S_IRUGO|S_IWUGO, NULL, &zset_proc_fops, zset); file->private_data = zset; break; case ZSET_UNLOAD: zset = (struct kernel_zset*)file->private_data; remove_proc_entry(ZSET_PROC_FILE, NULL); zset_destroy(zset); break; default: return -EINVAL; } return 0;}static struct file_operations zset_fops = { .unlocked_ioctl = zset_ioctl};static struct miscdevice zset_miscdev = { .minor = MISC_DYNAMIC_MINOR, .name = "zset", .fops = &zset_fops};static int __init zset_init(void){香港服务器首选，2H2G首月10元开通。（）提供简单好用，价格厚道的香港/美国云服务器和独立服务器。IDC+ISP+ICP资质。ARIN和APNIC会员。成熟技术团队15年行业经验。