]> git.saurik.com Git - redis.git/blobdiff - redis.c
removed a bug introduced with non blocking VM
[redis.git] / redis.c
diff --git a/redis.c b/redis.c
index bcf61b4ad2f8ecf2d59658628b3a1611bd0e2747..f489072e26c9872238cb3846f21a9ff5fea9f11e 100644 (file)
--- a/redis.c
+++ b/redis.c
@@ -59,6 +59,7 @@
 #include <sys/uio.h>
 #include <limits.h>
 #include <math.h>
+#include <pthread.h>
 
 #if defined(__sun)
 #include "solarisfixes.h"
  * Check vmFindContiguousPages() to know more about this magic numbers. */
 #define REDIS_VM_MAX_NEAR_PAGES 65536
 #define REDIS_VM_MAX_RANDOM_JUMP 4096
+#define REDIS_VM_MAX_THREADS 32
 
 /* Client flags */
 #define REDIS_CLOSE 1       /* This client connection should be closed ASAP */
 #define REDIS_MONITOR 8      /* This client is a slave monitor, see MONITOR */
 #define REDIS_MULTI 16      /* This client is in a MULTI context */
 #define REDIS_BLOCKED 32    /* The client is waiting in a blocking operation */
+#define REDIS_IO_WAIT 64    /* The client is waiting for Virtual Memory I/O */
 
 /* Slave replication state - slave side */
 #define REDIS_REPL_NONE 0   /* No active replication */
@@ -303,6 +306,8 @@ typedef struct redisClient {
     int blockingkeysnum;    /* Number of blocking keys */
     time_t blockingto;      /* Blocking operation timeout. If UNIX current time
                              * is >= blockingto then the operation timed out. */
+    list *io_keys;          /* Keys this client is waiting to be loaded from the
+                             * swap file in order to continue. */
 } redisClient;
 
 struct saveparam {
@@ -381,11 +386,29 @@ struct redisServer {
     off_t vm_near_pages; /* Number of pages allocated sequentially */
     unsigned char *vm_bitmap; /* Bitmap of free/used pages */
     time_t unixtime;    /* Unix time sampled every second. */
+    /* Virtual memory I/O threads stuff */
+    /* An I/O thread process an element taken from the io_jobs queue and
+     * put the result of the operation in the io_done list. While the
+     * job is being processed, it's put on io_processing queue. */
+    list *io_newjobs; /* List of VM I/O jobs yet to be processed */
+    list *io_processing; /* List of VM I/O jobs being processed */
+    list *io_processed; /* List of VM I/O jobs already processed */
+    list *io_clients; /* All the clients waiting for SWAP I/O operations */
+    pthread_mutex_t io_mutex; /* lock to access io_jobs/io_done/io_thread_job */
+    int io_active_threads; /* Number of running I/O threads */
+    int vm_max_threads; /* Max number of I/O threads running at the same time */
+    /* Our main thread is blocked on the event loop, locking for sockets ready
+     * to be read or written, so when a threaded I/O operation is ready to be
+     * processed by the main thread, the I/O thread will use a unix pipe to
+     * awake the main thread. The followings are the two pipe FDs. */
+    int io_ready_pipe_read;
+    int io_ready_pipe_write;
     /* Virtual memory stats */
     unsigned long long vm_stats_used_pages;
     unsigned long long vm_stats_swapped_objects;
     unsigned long long vm_stats_swapouts;
     unsigned long long vm_stats_swapins;
+    FILE *devnull;
 };
 
 typedef void redisCommandProc(redisClient *c);
@@ -451,6 +474,22 @@ struct sharedObjectsStruct {
 
 static double R_Zero, R_PosInf, R_NegInf, R_Nan;
 
+/* VM threaded I/O request message */
+#define REDIS_IOJOB_LOAD 0          /* Load from disk to memory */
+#define REDIS_IOJOB_PREPARE_SWAP 1  /* Compute needed pages */
+#define REDIS_IOJOB_DO_SWAP 2       /* Swap from memory to disk */
+typedef struct iojon {
+    int type;   /* Request type, REDIS_IOJOB_* */
+    redisDb *db;/* Redis database */
+    robj *key;  /* This I/O request is about swapping this key */
+    robj *val;  /* the value to swap for REDIS_IOREQ_*_SWAP, otherwise this
+                 * field is populated by the I/O thread for REDIS_IOREQ_LOAD. */
+    off_t page; /* Swap page where to read/write the object */
+    off_t pages; /* Swap pages needed to safe object. PREPARE_SWAP return val */
+    int canceled; /* True if this command was canceled by blocking side of VM */
+    pthread_t thread; /* ID of the thread processing this entry */
+} iojob;
+
 /*================================ Prototypes =============================== */
 
 static void freeStringObject(robj *o);
@@ -500,9 +539,18 @@ static void vmInit(void);
 static void vmMarkPagesFree(off_t page, off_t count);
 static robj *vmLoadObject(robj *key);
 static robj *vmPreviewObject(robj *key);
-static int vmSwapOneObject(void);
+static int vmSwapOneObjectBlocking(void);
+static int vmSwapOneObjectThreaded(void);
 static int vmCanSwapOut(void);
 static void freeOneObjectFromFreelist(void);
+static void acceptHandler(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask);
+static void vmThreadedIOCompletedJob(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata, int mask);
+static void vmCancelThreadedIOJob(robj *o);
+static void lockThreadedIO(void);
+static void unlockThreadedIO(void);
+static int vmSwapObjectThreaded(robj *key, robj *val, redisDb *db);
+static void freeIOJob(iojob *j);
+static void queueIOJob(iojob *j);
 
 static void authCommand(redisClient *c);
 static void pingCommand(redisClient *c);
@@ -1193,11 +1241,17 @@ static int serverCron(struct aeEventLoop *eventLoop, long long id, void *clientD
         {
             if (listLength(server.objfreelist)) {
                 freeOneObjectFromFreelist();
-            } else if (vmSwapOneObject() == REDIS_ERR) {
-                if ((loops % 30) == 0 && zmalloc_used_memory() >
-                    (server.vm_max_memory+server.vm_max_memory/10)) {
-                    redisLog(REDIS_WARNING,"WARNING: vm-max-memory limit exceeded by more than 10%% but unable to swap more objects out!");
+            } else {
+                if (vmSwapOneObjectThreaded() == REDIS_ERR) {
+                    if ((loops % 30) == 0 && zmalloc_used_memory() >
+                        (server.vm_max_memory+server.vm_max_memory/10)) {
+                        redisLog(REDIS_WARNING,"WARNING: vm-max-memory limit exceeded by more than 10%% but unable to swap more objects out!");
+                    }
                 }
+                /* Note that we freed just one object, because anyway when
+                 * the I/O thread in charge to swap this object out will
+                 * do its work, the handler of completed jobs will try to swap
+                 * more objects if we are out of memory. */
                 break;
             }
         }
@@ -1292,6 +1346,7 @@ static void initServerConfig() {
     server.vm_page_size = 256;          /* 256 bytes per page */
     server.vm_pages = 1024*1024*100;    /* 104 millions of pages */
     server.vm_max_memory = 1024LL*1024*1024*1; /* 1 GB of RAM */
+    server.vm_max_threads = 4;
 
     resetServerSaveParams();
 
@@ -1320,6 +1375,11 @@ static void initServer() {
     signal(SIGPIPE, SIG_IGN);
     setupSigSegvAction();
 
+    server.devnull = fopen("/dev/null","w");
+    if (server.devnull == NULL) {
+        redisLog(REDIS_WARNING, "Can't open /dev/null: %s", server.neterr);
+        exit(1);
+    }
     server.clients = listCreate();
     server.slaves = listCreate();
     server.monitors = listCreate();
@@ -1351,6 +1411,8 @@ static void initServer() {
     server.stat_starttime = time(NULL);
     server.unixtime = time(NULL);
     aeCreateTimeEvent(server.el, 1, serverCron, NULL, NULL);
+    if (aeCreateFileEvent(server.el, server.fd, AE_READABLE,
+        acceptHandler, NULL) == AE_ERR) oom("creating file event");
 
     if (server.appendonly) {
         server.appendfd = open(server.appendfilename,O_WRONLY|O_APPEND|O_CREAT,0644);
@@ -1539,6 +1601,8 @@ static void loadServerConfig(char *filename) {
             server.vm_page_size = strtoll(argv[1], NULL, 10);
         } else if (!strcasecmp(argv[0],"vm-pages") && argc == 2) {
             server.vm_pages = strtoll(argv[1], NULL, 10);
+        } else if (!strcasecmp(argv[0],"vm-max-threads") && argc == 2) {
+            server.vm_max_threads = strtoll(argv[1], NULL, 10);
         } else {
             err = "Bad directive or wrong number of arguments"; goto loaderr;
         }
@@ -1587,9 +1651,18 @@ static void freeClient(redisClient *c) {
     listRelease(c->reply);
     freeClientArgv(c);
     close(c->fd);
+    /* Remove from the list of clients */
     ln = listSearchKey(server.clients,c);
     redisAssert(ln != NULL);
     listDelNode(server.clients,ln);
+    /* Remove from the list of clients waiting for VM operations */
+    if (server.vm_enabled && listLength(c->io_keys)) {
+        ln = listSearchKey(server.io_clients,c);
+        if (ln) listDelNode(server.io_clients,ln);
+        listRelease(c->io_keys);
+    }
+    listRelease(c->io_keys);
+    /* Other cleanup */
     if (c->flags & REDIS_SLAVE) {
         if (c->replstate == REDIS_REPL_SEND_BULK && c->repldbfd != -1)
             close(c->repldbfd);
@@ -2053,7 +2126,7 @@ again:
      * would not be called at all, but after the execution of the first commands
      * in the input buffer the client may be blocked, and the "goto again"
      * will try to reiterate. The following line will make it return asap. */
-    if (c->flags & REDIS_BLOCKED) return;
+    if (c->flags & REDIS_BLOCKED || c->flags & REDIS_IO_WAIT) return;
     if (c->bulklen == -1) {
         /* Read the first line of the query */
         char *p = strchr(c->querybuf,'\n');
@@ -2190,10 +2263,12 @@ static redisClient *createClient(int fd) {
     c->authenticated = 0;
     c->replstate = REDIS_REPL_NONE;
     c->reply = listCreate();
-    c->blockingkeys = NULL;
-    c->blockingkeysnum = 0;
     listSetFreeMethod(c->reply,decrRefCount);
     listSetDupMethod(c->reply,dupClientReplyValue);
+    c->blockingkeys = NULL;
+    c->blockingkeysnum = 0;
+    c->io_keys = listCreate();
+    listSetFreeMethod(c->io_keys,decrRefCount);
     if (aeCreateFileEvent(server.el, c->fd, AE_READABLE,
         readQueryFromClient, c) == AE_ERR) {
         freeClient(c);
@@ -2321,6 +2396,7 @@ static robj *createStringObject(char *ptr, size_t len) {
 }
 
 static robj *dupStringObject(robj *o) {
+    assert(o->encoding == REDIS_ENCODING_RAW);
     return createStringObject(o->ptr,sdslen(o->ptr));
 }
 
@@ -2378,9 +2454,14 @@ static void incrRefCount(robj *o) {
 static void decrRefCount(void *obj) {
     robj *o = obj;
 
-    /* REDIS_VM_SWAPPED */
-    if (server.vm_enabled && o->storage == REDIS_VM_SWAPPED) {
-        redisAssert(o->refcount == 1);
+    /* Object is swapped out, or in the process of being loaded. */
+    if (server.vm_enabled &&
+        (o->storage == REDIS_VM_SWAPPED || o->storage == REDIS_VM_LOADING))
+    {
+        if (o->storage == REDIS_VM_SWAPPED || o->storage == REDIS_VM_LOADING) {
+            redisAssert(o->refcount == 1);
+        }
+        if (o->storage == REDIS_VM_LOADING) vmCancelThreadedIOJob(obj);
         redisAssert(o->type == REDIS_STRING);
         freeStringObject(o);
         vmMarkPagesFree(o->vm.page,o->vm.usedpages);
@@ -2390,8 +2471,10 @@ static void decrRefCount(void *obj) {
         server.vm_stats_swapped_objects--;
         return;
     }
-    /* REDIS_VM_MEMORY */
+    /* Object is in memory, or in the process of being swapped out. */
     if (--(o->refcount) == 0) {
+        if (server.vm_enabled && o->storage == REDIS_VM_SWAPPING)
+            vmCancelThreadedIOJob(obj);
         switch(o->type) {
         case REDIS_STRING: freeStringObject(o); break;
         case REDIS_LIST: freeListObject(o); break;
@@ -2413,7 +2496,13 @@ static robj *lookupKey(redisDb *db, robj *key) {
         robj *val = dictGetEntryVal(de);
 
         if (server.vm_enabled) {
-            if (key->storage == REDIS_VM_MEMORY) {
+            if (key->storage == REDIS_VM_MEMORY ||
+                key->storage == REDIS_VM_SWAPPING)
+            {
+                /* If we were swapping the object out, stop it, this key
+                 * was requested. */
+                if (key->storage == REDIS_VM_SWAPPING)
+                    vmCancelThreadedIOJob(key);
                 /* Update the access time of the key for the aging algorithm. */
                 key->vm.atime = server.unixtime;
             } else {
@@ -2749,9 +2838,23 @@ static int rdbSaveStringObjectRaw(FILE *fp, robj *obj) {
 static int rdbSaveStringObject(FILE *fp, robj *obj) {
     int retval;
 
-    obj = getDecodedObject(obj);
-    retval = rdbSaveStringObjectRaw(fp,obj);
-    decrRefCount(obj);
+    if (obj->storage == REDIS_VM_MEMORY &&
+       obj->encoding != REDIS_ENCODING_RAW)
+    {
+        obj = getDecodedObject(obj);
+        retval = rdbSaveStringObjectRaw(fp,obj);
+        decrRefCount(obj);
+    } else {
+        /* This is a fast path when we are sure the object is not encoded.
+         * Note that's any *faster* actually as we needed to add the conditional
+         * but because this may happen in a background process we don't want
+         * to touch the object fields with incr/decrRefCount in order to
+         * preveny copy on write of pages.
+         *
+         * Also incrRefCount() will have a failing assert() if we try to call
+         * it against an object with storage != REDIS_VM_MEMORY. */
+        retval = rdbSaveStringObjectRaw(fp,obj);
+    }
     return retval;
 }
 
@@ -2837,20 +2940,16 @@ static int rdbSaveObject(FILE *fp, robj *o) {
  * the rdbSaveObject() function. Currently we use a trick to get
  * this length with very little changes to the code. In the future
  * we could switch to a faster solution. */
-static off_t rdbSavedObjectLen(robj *o) {
-    static FILE *fp = NULL;
-
-    if (fp == NULL) fp = fopen("/dev/null","w");
-    assert(fp != NULL);
-
+static off_t rdbSavedObjectLen(robj *o, FILE *fp) {
+    if (fp == NULL) fp = server.devnull;
     rewind(fp);
     assert(rdbSaveObject(fp,o) != 1);
     return ftello(fp);
 }
 
 /* Return the number of pages required to save this object in the swap file */
-static off_t rdbSavedObjectPages(robj *o) {
-    off_t bytes = rdbSavedObjectLen(o);
+static off_t rdbSavedObjectPages(robj *o, FILE *fp) {
+    off_t bytes = rdbSavedObjectLen(o,fp);
     
     return (bytes+(server.vm_page_size-1))/server.vm_page_size;
 }
@@ -2900,25 +2999,23 @@ static int rdbSave(char *filename) {
             }
             /* Save the key and associated value. This requires special
              * handling if the value is swapped out. */
-            if (!server.vm_enabled || key->storage == REDIS_VM_MEMORY) {
+            if (!server.vm_enabled || key->storage == REDIS_VM_MEMORY ||
+                                      key->storage == REDIS_VM_SWAPPING) {
                 /* Save type, key, value */
                 if (rdbSaveType(fp,o->type) == -1) goto werr;
                 if (rdbSaveStringObject(fp,key) == -1) goto werr;
                 if (rdbSaveObject(fp,o) == -1) goto werr;
             } else {
-                robj *po, *newkey;
+                /* REDIS_VM_SWAPPED or REDIS_VM_LOADING */
+                robj *po;
                 /* Get a preview of the object in memory */
                 po = vmPreviewObject(key);
-                /* Also duplicate the key object, to pass around a standard
-                 * string object. */
-                newkey = dupStringObject(key);
                 /* Save type, key, value */
                 if (rdbSaveType(fp,key->vtype) == -1) goto werr;
-                if (rdbSaveStringObject(fp,newkey) == -1) goto werr;
+                if (rdbSaveStringObject(fp,key) == -1) goto werr;
                 if (rdbSaveObject(fp,po) == -1) goto werr;
                 /* Remove the loaded object from memory */
                 decrRefCount(po);
-                decrRefCount(newkey);
             }
         }
         dictReleaseIterator(di);
@@ -3178,6 +3275,7 @@ static int rdbLoad(char *filename) {
     redisDb *db = server.db+0;
     char buf[1024];
     time_t expiretime = -1, now = time(NULL);
+    long long loadedkeys = 0;
 
     fp = fopen(filename,"r");
     if (!fp) return REDIS_ERR;
@@ -3235,6 +3333,13 @@ static int rdbLoad(char *filename) {
             expiretime = -1;
         }
         keyobj = o = NULL;
+        /* Handle swapping while loading big datasets when VM is on */
+        loadedkeys++;
+        if (server.vm_enabled && (loadedkeys % 5000) == 0) {
+            while (zmalloc_used_memory() > server.vm_max_memory) {
+                if (vmSwapOneObjectBlocking() == REDIS_ERR) break;
+            }
+        }
     }
     fclose(fp);
     return REDIS_OK;
@@ -5399,6 +5504,27 @@ static void sortCommand(redisClient *c) {
     zfree(vector);
 }
 
+/* Convert an amount of bytes into a human readable string in the form
+ * of 100B, 2G, 100M, 4K, and so forth. */
+static void bytesToHuman(char *s, unsigned long long n) {
+    double d;
+
+    if (n < 1024) {
+        /* Bytes */
+        sprintf(s,"%lluB",n);
+        return;
+    } else if (n < (1024*1024)) {
+        d = (double)n/(1024);
+        sprintf(s,"%.2fK",d);
+    } else if (n < (1024LL*1024*1024)) {
+        d = (double)n/(1024*1024);
+        sprintf(s,"%.2fM",d);
+    } else if (n < (1024LL*1024*1024*1024)) {
+        d = (double)n/(1024LL*1024*1024);
+        sprintf(s,"%.2fM",d);
+    }
+}
+
 /* Create the string returned by the INFO command. This is decoupled
  * by the INFO command itself as we need to report the same information
  * on memory corruption problems. */
@@ -5406,7 +5532,9 @@ static sds genRedisInfoString(void) {
     sds info;
     time_t uptime = time(NULL)-server.stat_starttime;
     int j;
-    
+    char hmem[64];
+  
+    bytesToHuman(hmem,server.usedmemory);
     info = sdscatprintf(sdsempty(),
         "redis_version:%s\r\n"
         "arch_bits:%s\r\n"
@@ -5418,6 +5546,7 @@ static sds genRedisInfoString(void) {
         "connected_slaves:%d\r\n"
         "blocked_clients:%d\r\n"
         "used_memory:%zu\r\n"
+        "used_memory_human:%s\r\n"
         "changes_since_last_save:%lld\r\n"
         "bgsave_in_progress:%d\r\n"
         "last_save_time:%ld\r\n"
@@ -5436,6 +5565,7 @@ static sds genRedisInfoString(void) {
         listLength(server.slaves),
         server.blockedclients,
         server.usedmemory,
+        hmem,
         server.dirty,
         server.bgsavechildpid != -1,
         server.lastsave,
@@ -5467,13 +5597,21 @@ static sds genRedisInfoString(void) {
             "vm_stats_swapped_objects:%llu\r\n"
             "vm_stats_swappin_count:%llu\r\n"
             "vm_stats_swappout_count:%llu\r\n"
+            "vm_stats_io_newjobs_len:%lu\r\n"
+            "vm_stats_io_processing_len:%lu\r\n"
+            "vm_stats_io_processed_len:%lu\r\n"
+            "vm_stats_io_waiting_clients:%lu\r\n"
             ,(unsigned long long) server.vm_max_memory,
             (unsigned long long) server.vm_page_size,
             (unsigned long long) server.vm_pages,
             (unsigned long long) server.vm_stats_used_pages,
             (unsigned long long) server.vm_stats_swapped_objects,
             (unsigned long long) server.vm_stats_swapins,
-            (unsigned long long) server.vm_stats_swapouts
+            (unsigned long long) server.vm_stats_swapouts,
+            (unsigned long) listLength(server.io_newjobs),
+            (unsigned long) listLength(server.io_processing),
+            (unsigned long) listLength(server.io_processed),
+            (unsigned long) listLength(server.io_clients)
         );
     }
     for (j = 0; j < server.dbnum; j++) {
@@ -6417,6 +6555,7 @@ int loadAppendOnlyFile(char *filename) {
     struct redisClient *fakeClient;
     FILE *fp = fopen(filename,"r");
     struct redis_stat sb;
+    unsigned long long loadedkeys = 0;
 
     if (redis_fstat(fileno(fp),&sb) != -1 && sb.st_size == 0)
         return REDIS_ERR;
@@ -6478,6 +6617,13 @@ int loadAppendOnlyFile(char *filename) {
         /* Clean up, ready for the next command */
         for (j = 0; j < argc; j++) decrRefCount(argv[j]);
         zfree(argv);
+        /* Handle swapping while loading big datasets when VM is on */
+        loadedkeys++;
+        if (server.vm_enabled && (loadedkeys % 5000) == 0) {
+            while (zmalloc_used_memory() > server.vm_max_memory) {
+                if (vmSwapOneObjectBlocking() == REDIS_ERR) break;
+            }
+        }
     }
     fclose(fp);
     freeFakeClient(fakeClient);
@@ -6498,16 +6644,21 @@ fmterr:
 /* Write an object into a file in the bulk format $<count>\r\n<payload>\r\n */
 static int fwriteBulk(FILE *fp, robj *obj) {
     char buf[128];
-    obj = getDecodedObject(obj);
+    int decrrc = 0;
+
+    if (obj->storage == REDIS_VM_MEMORY && obj->encoding != REDIS_ENCODING_RAW){
+        obj = getDecodedObject(obj);
+        decrrc = 1;
+    }
     snprintf(buf,sizeof(buf),"$%ld\r\n",(long)sdslen(obj->ptr));
     if (fwrite(buf,strlen(buf),1,fp) == 0) goto err;
     if (sdslen(obj->ptr) && fwrite(obj->ptr,sdslen(obj->ptr),1,fp) == 0)
         goto err;
     if (fwrite("\r\n",2,1,fp) == 0) goto err;
-    decrRefCount(obj);
+    if (decrrc) decrRefCount(obj);
     return 1;
 err:
-    decrRefCount(obj);
+    if (decrrc) decrRefCount(obj);
     return 0;
 }
 
@@ -6573,12 +6724,16 @@ static int rewriteAppendOnlyFile(char *filename) {
             int swapped;
 
             key = dictGetEntryKey(de);
-            if (!server.vm_enabled || key->storage == REDIS_VM_MEMORY) {
+            /* If the value for this key is swapped, load a preview in memory.
+             * We use a "swapped" flag to remember if we need to free the
+             * value object instead to just increment the ref count anyway
+             * in order to avoid copy-on-write of pages if we are forked() */
+            if (!server.vm_enabled || key->storage == REDIS_VM_MEMORY ||
+                key->storage == REDIS_VM_SWAPPING) {
                 o = dictGetEntryVal(de);
                 swapped = 0;
             } else {
                 o = vmPreviewObject(key);
-                key = dupStringObject(key);
                 swapped = 1;
             }
             expiretime = getExpire(db,key);
@@ -6649,12 +6804,7 @@ static int rewriteAppendOnlyFile(char *filename) {
                 if (fwriteBulk(fp,key) == 0) goto werr;
                 if (fwriteBulkLong(fp,expiretime) == 0) goto werr;
             }
-            /* We created a few temp objects if the key->value pair
-             * was about a swapped out object. Free both. */
-            if (swapped) {
-                decrRefCount(key);
-                decrRefCount(o);
-            }
+            if (swapped) decrRefCount(o);
         }
         dictReleaseIterator(di);
     }
@@ -6750,9 +6900,31 @@ static void aofRemoveTempFile(pid_t childpid) {
     unlink(tmpfile);
 }
 
-/* =============================== Virtual Memory =========================== */
+/* Virtual Memory is composed mainly of two subsystems:
+ * - Blocking Virutal Memory
+ * - Threaded Virtual Memory I/O
+ * The two parts are not fully decoupled, but functions are split among two
+ * different sections of the source code (delimited by comments) in order to
+ * make more clear what functionality is about the blocking VM and what about
+ * the threaded (not blocking) VM.
+ *
+ * Redis VM design:
+ *
+ * Redis VM is a blocking VM (one that blocks reading swapped values from
+ * disk into memory when a value swapped out is needed in memory) that is made
+ * unblocking by trying to examine the command argument vector in order to
+ * load in background values that will likely be needed in order to exec
+ * the command. The command is executed only once all the relevant keys
+ * are loaded into memory.
+ *
+ * This basically is almost as simple of a blocking VM, but almost as parallel
+ * as a fully non-blocking VM.
+ */
+
+/* =================== Virtual Memory - Blocking Side  ====================== */
 static void vmInit(void) {
     off_t totsize;
+    int pipefds[2];
 
     server.vm_fp = fopen("/tmp/redisvm","w+b");
     if (server.vm_fp == NULL) {
@@ -6782,6 +6954,26 @@ static void vmInit(void) {
     /* Try to remove the swap file, so the OS will really delete it from the
      * file system when Redis exists. */
     unlink("/tmp/redisvm");
+
+    /* Initialize threaded I/O (used by Virtual Memory) */
+    server.io_newjobs = listCreate();
+    server.io_processing = listCreate();
+    server.io_processed = listCreate();
+    server.io_clients = listCreate();
+    pthread_mutex_init(&server.io_mutex,NULL);
+    server.io_active_threads = 0;
+    if (pipe(pipefds) == -1) {
+        redisLog(REDIS_WARNING,"Unable to intialized VM: pipe(2): %s. Exiting."
+            ,strerror(errno));
+        exit(1);
+    }
+    server.io_ready_pipe_read = pipefds[0];
+    server.io_ready_pipe_write = pipefds[1];
+    redisAssert(anetNonBlock(NULL,server.io_ready_pipe_read) != ANET_ERR);
+    /* Listen for events in the threaded I/O pipe */
+    if (aeCreateFileEvent(server.el, server.io_ready_pipe_read, AE_READABLE,
+        vmThreadedIOCompletedJob, NULL) == AE_ERR)
+        oom("creating file event");
 }
 
 /* Mark the page as used */
@@ -6902,8 +7094,8 @@ static int vmFindContiguousPages(off_t *first, int n) {
  * needed to later retrieve the object into the key object.
  * If we can't find enough contiguous empty pages to swap the object on disk
  * REDIS_ERR is returned. */
-static int vmSwapObject(robj *key, robj *val) {
-    off_t pages = rdbSavedObjectPages(val);
+static int vmSwapObjectBlocking(robj *key, robj *val) {
+    off_t pages = rdbSavedObjectPages(val,NULL);
     off_t page;
 
     assert(key->storage == REDIS_VM_MEMORY);
@@ -6911,7 +7103,7 @@ static int vmSwapObject(robj *key, robj *val) {
     if (vmFindContiguousPages(&page,pages) == REDIS_ERR) return REDIS_ERR;
     if (fseeko(server.vm_fp,page*server.vm_page_size,SEEK_SET) == -1) {
         redisLog(REDIS_WARNING,
-            "Critical VM problem in vmSwapObject(): can't seek: %s",
+            "Critical VM problem in vmSwapObjectBlocking(): can't seek: %s",
             strerror(errno));
         return REDIS_ERR;
     }
@@ -6927,6 +7119,7 @@ static int vmSwapObject(robj *key, robj *val) {
         (unsigned long long) page, (unsigned long long) pages);
     server.vm_stats_swapped_objects++;
     server.vm_stats_swapouts++;
+    fflush(server.vm_fp);
     return REDIS_OK;
 }
 
@@ -6967,6 +7160,10 @@ static robj *vmGenericLoadObject(robj *key, int preview) {
 
 /* Plain object loading, from swap to memory */
 static robj *vmLoadObject(robj *key) {
+    /* If we are loading the object in background, stop it, we
+     * need to load this object synchronously ASAP. */
+    if (key->storage == REDIS_VM_LOADING)
+        vmCancelThreadedIOJob(key);
     return vmGenericLoadObject(key,0);
 }
 
@@ -7047,11 +7244,15 @@ static double computeObjectSwappability(robj *o) {
 
 /* Try to swap an object that's a good candidate for swapping.
  * Returns REDIS_OK if the object was swapped, REDIS_ERR if it's not possible
- * to swap any object at all. */
-static int vmSwapOneObject(void) {
+ * to swap any object at all.
+ *
+ * If 'usethreaded' is true, Redis will try to swap the object in background
+ * using I/O threads. */
+static int vmSwapOneObject(int usethreads) {
     int j, i;
     struct dictEntry *best = NULL;
     double best_swappability = 0;
+    redisDb *best_db = NULL;
     robj *key, *val;
 
     for (j = 0; j < server.dbnum; j++) {
@@ -7075,6 +7276,7 @@ static int vmSwapOneObject(void) {
             if (!best || swappability > best_swappability) {
                 best = de;
                 best_swappability = swappability;
+                best_db = db;
             }
         }
     }
@@ -7095,14 +7297,27 @@ static int vmSwapOneObject(void) {
         key = dictGetEntryKey(best) = newkey;
     }
     /* Swap it */
-    if (vmSwapObject(key,val) == REDIS_OK) {
-        dictGetEntryVal(best) = NULL;
+    if (usethreads) {
+        vmSwapObjectThreaded(key,val,best_db);
         return REDIS_OK;
     } else {
-        return REDIS_ERR;
+        if (vmSwapObjectBlocking(key,val) == REDIS_OK) {
+            dictGetEntryVal(best) = NULL;
+            return REDIS_OK;
+        } else {
+            return REDIS_ERR;
+        }
     }
 }
 
+static int vmSwapOneObjectBlocking() {
+    return vmSwapOneObject(0);
+}
+
+static int vmSwapOneObjectThreaded() {
+    return vmSwapOneObject(1);
+}
+
 /* Return true if it's safe to swap out objects in a given moment.
  * Basically we don't want to swap objects out while there is a BGSAVE
  * or a BGAEOREWRITE running in backgroud. */
@@ -7123,6 +7338,267 @@ static int deleteIfSwapped(redisDb *db, robj *key) {
     return 1;
 }
 
+/* =================== Virtual Memory - Threaded I/O  ======================= */
+
+static void freeIOJob(iojob *j) {
+    if (j->type == REDIS_IOJOB_PREPARE_SWAP ||
+        j->type == REDIS_IOJOB_DO_SWAP)
+        decrRefCount(j->val);
+    decrRefCount(j->key);
+    zfree(j);
+}
+
+/* Every time a thread finished a Job, it writes a byte into the write side
+ * of an unix pipe in order to "awake" the main thread, and this function
+ * is called. */
+static void vmThreadedIOCompletedJob(aeEventLoop *el, int fd, void *privdata,
+            int mask)
+{
+    char buf[1];
+    int retval;
+    REDIS_NOTUSED(el);
+    REDIS_NOTUSED(mask);
+    REDIS_NOTUSED(privdata);
+
+    /* For every byte we read in the read side of the pipe, there is one
+     * I/O job completed to process. */
+    while((retval = read(fd,buf,1)) == 1) {
+        iojob *j;
+        listNode *ln;
+        robj *key;
+        struct dictEntry *de;
+
+        redisLog(REDIS_DEBUG,"Processing I/O completed job");
+        assert(listLength(server.io_processed) != 0);
+
+        /* Get the processed element (the oldest one) */
+        lockThreadedIO();
+        ln = listFirst(server.io_processed);
+        j = ln->value;
+        listDelNode(server.io_processed,ln);
+        unlockThreadedIO();
+        /* If this job is marked as canceled, just ignore it */
+        if (j->canceled) {
+            freeIOJob(j);
+            continue;
+        }
+        /* Post process it in the main thread, as there are things we
+         * can do just here to avoid race conditions and/or invasive locks */
+        redisLog(REDIS_DEBUG,"Job type: %d, key at %p (%s) refcount: %d\n", j->type, (void*)j->key, (char*)j->key->ptr, j->key->refcount);
+        if (j->key->refcount <= 0) {
+            printf("Ooops ref count is <= 0!\n");
+            exit(1);
+        }
+        de = dictFind(j->db->dict,j->key);
+        assert(de != NULL);
+        key = dictGetEntryKey(de);
+        if (j->type == REDIS_IOJOB_LOAD) {
+            /* Key loaded, bring it at home */
+            key->storage = REDIS_VM_MEMORY;
+            key->vm.atime = server.unixtime;
+            vmMarkPagesFree(key->vm.page,key->vm.usedpages);
+            redisLog(REDIS_DEBUG, "VM: object %s loaded from disk (threaded)",
+                (unsigned char*) key->ptr);
+            server.vm_stats_swapped_objects--;
+            server.vm_stats_swapins++;
+            freeIOJob(j);
+        } else if (j->type == REDIS_IOJOB_PREPARE_SWAP) {
+            /* Now we know the amount of pages required to swap this object.
+             * Let's find some space for it, and queue this task again
+             * rebranded as REDIS_IOJOB_DO_SWAP. */
+            if (vmFindContiguousPages(&j->page,j->pages) == REDIS_ERR) {
+                /* Ooops... no space! */
+                freeIOJob(j);
+            } else {
+                j->type = REDIS_IOJOB_DO_SWAP;
+                lockThreadedIO();
+                queueIOJob(j);
+                unlockThreadedIO();
+            }
+        } else if (j->type == REDIS_IOJOB_DO_SWAP) {
+            robj *val;
+
+            /* Key swapped. We can finally free some memory. */
+            val = dictGetEntryVal(de);
+            key->vm.page = j->page;
+            key->vm.usedpages = j->pages;
+            key->storage = REDIS_VM_SWAPPED;
+            key->vtype = j->val->type;
+            decrRefCount(val); /* Deallocate the object from memory. */
+            dictGetEntryVal(de) = NULL;
+            vmMarkPagesUsed(j->page,j->pages);
+            redisLog(REDIS_DEBUG,
+                "VM: object %s swapped out at %lld (%lld pages) (threaded)",
+                (unsigned char*) key->ptr,
+                (unsigned long long) j->page, (unsigned long long) j->pages);
+            server.vm_stats_swapped_objects++;
+            server.vm_stats_swapouts++;
+            freeIOJob(j);
+            /* Put a few more swap requests in queue if we are still
+             * out of memory */
+            if (zmalloc_used_memory() > server.vm_max_memory) {
+                int more = 1;
+                while(more) {
+                    lockThreadedIO();
+                    more = listLength(server.io_newjobs) <
+                            (unsigned) server.vm_max_threads;
+                    unlockThreadedIO();
+                    /* Don't waste CPU time if swappable objects are rare. */
+                    if (vmSwapOneObjectThreaded() == REDIS_ERR) break;
+                }
+            }
+        }
+    }
+    if (retval < 0 && errno != EAGAIN) {
+        redisLog(REDIS_WARNING,
+            "WARNING: read(2) error in vmThreadedIOCompletedJob() %s",
+            strerror(errno));
+    }
+}
+
+static void lockThreadedIO(void) {
+    pthread_mutex_lock(&server.io_mutex);
+}
+
+static void unlockThreadedIO(void) {
+    pthread_mutex_unlock(&server.io_mutex);
+}
+
+/* Remove the specified object from the threaded I/O queue if still not
+ * processed, otherwise make sure to flag it as canceled. */
+static void vmCancelThreadedIOJob(robj *o) {
+    list *lists[3] = {
+        server.io_newjobs, server.io_processing, server.io_processed
+    };
+    int i;
+
+    assert(o->storage == REDIS_VM_LOADING || o->storage == REDIS_VM_SWAPPING);
+    lockThreadedIO();
+    /* Search for a matching key in one of the queues */
+    for (i = 0; i < 3; i++) {
+        listNode *ln;
+
+        listRewind(lists[i]);
+        while ((ln = listYield(lists[i])) != NULL) {
+            iojob *job = ln->value;
+
+            if (compareStringObjects(job->key,o) == 0) {
+                switch(i) {
+                case 0: /* io_newjobs */
+                    /* If the job was not yet processed the best thing to do
+                     * is to remove it from the queue at all */
+                    decrRefCount(job->key);
+                    if (job->type == REDIS_IOJOB_PREPARE_SWAP ||
+                        job->type == REDIS_IOJOB_DO_SWAP)
+                        decrRefCount(job->val);
+                    listDelNode(lists[i],ln);
+                    zfree(job);
+                    break;
+                case 1: /* io_processing */
+                case 2: /* io_processed */
+                    job->canceled = 1;
+                    break;
+                }
+                if (o->storage == REDIS_VM_LOADING)
+                    o->storage = REDIS_VM_SWAPPED;
+                else if (o->storage == REDIS_VM_SWAPPING)
+                    o->storage = REDIS_VM_MEMORY;
+                unlockThreadedIO();
+                return;
+            }
+        }
+    }
+    unlockThreadedIO();
+    assert(1 != 1); /* We should never reach this */
+}
+
+static void *IOThreadEntryPoint(void *arg) {
+    iojob *j;
+    listNode *ln;
+    REDIS_NOTUSED(arg);
+
+    pthread_detach(pthread_self());
+    while(1) {
+        /* Get a new job to process */
+        lockThreadedIO();
+        if (listLength(server.io_newjobs) == 0) {
+            /* No new jobs in queue, exit. */
+            printf("Thread %lld exiting, nothing to do\n",
+                (long long) pthread_self());
+            server.io_active_threads--;
+            unlockThreadedIO();
+            return NULL;
+        }
+        ln = listFirst(server.io_newjobs);
+        j = ln->value;
+        listDelNode(server.io_newjobs,ln);
+        /* Add the job in the processing queue */
+        j->thread = pthread_self();
+        listAddNodeTail(server.io_processing,j);
+        ln = listLast(server.io_processing); /* We use ln later to remove it */
+        unlockThreadedIO();
+        printf("Thread %lld got a new job: %p about key '%s'\n",
+            (long long) pthread_self(), (void*)j, (char*)j->key->ptr);
+
+        /* Process the Job */
+        if (j->type == REDIS_IOJOB_LOAD) {
+        } else if (j->type == REDIS_IOJOB_PREPARE_SWAP) {
+            FILE *fp = fopen("/dev/null","w+");
+            j->pages = rdbSavedObjectPages(j->val,fp);
+            fclose(fp);
+        } else if (j->type == REDIS_IOJOB_DO_SWAP) {
+        }
+
+        /* Done: insert the job into the processed queue */
+        printf("Thread %lld completed the job: %p\n",
+            (long long) pthread_self(), (void*)j);
+        lockThreadedIO();
+        listDelNode(server.io_processing,ln);
+        listAddNodeTail(server.io_processed,j);
+        unlockThreadedIO();
+        
+        /* Signal the main thread there is new stuff to process */
+        assert(write(server.io_ready_pipe_write,"x",1) == 1);
+    }
+    return NULL; /* never reached */
+}
+
+static void spawnIOThread(void) {
+    pthread_t thread;
+
+    pthread_create(&thread,NULL,IOThreadEntryPoint,NULL);
+    server.io_active_threads++;
+}
+
+/* This function must be called while with threaded IO locked */
+static void queueIOJob(iojob *j) {
+    listAddNodeTail(server.io_newjobs,j);
+    if (server.io_active_threads < server.vm_max_threads)
+        spawnIOThread();
+}
+
+static int vmSwapObjectThreaded(robj *key, robj *val, redisDb *db) {
+    iojob *j;
+    
+    assert(key->storage == REDIS_VM_MEMORY);
+    assert(key->refcount == 1);
+
+    j = zmalloc(sizeof(*j));
+    j->type = REDIS_IOJOB_PREPARE_SWAP;
+    j->db = db;
+    j->key = dupStringObject(key);
+    j->val = val;
+    incrRefCount(val);
+    j->canceled = 0;
+    j->thread = (pthread_t) -1;
+    key->storage = REDIS_VM_SWAPPING;
+
+    lockThreadedIO();
+    queueIOJob(j);
+    unlockThreadedIO();
+    return REDIS_OK;
+}
+
 /* ================================= Debugging ============================== */
 
 static void debugCommand(redisClient *c) {
@@ -7158,10 +7634,20 @@ static void debugCommand(redisClient *c) {
         }
         key = dictGetEntryKey(de);
         val = dictGetEntryVal(de);
-        addReplySds(c,sdscatprintf(sdsempty(),
-            "+Key at:%p refcount:%d, value at:%p refcount:%d encoding:%d serializedlength:%lld\r\n",
+        if (server.vm_enabled && (key->storage == REDIS_VM_MEMORY ||
+                                  key->storage == REDIS_VM_SWAPPING)) {
+            addReplySds(c,sdscatprintf(sdsempty(),
+                "+Key at:%p refcount:%d, value at:%p refcount:%d "
+                "encoding:%d serializedlength:%lld\r\n",
                 (void*)key, key->refcount, (void*)val, val->refcount,
-                val->encoding, rdbSavedObjectLen(val)));
+                val->encoding, rdbSavedObjectLen(val,NULL)));
+        } else {
+            addReplySds(c,sdscatprintf(sdsempty(),
+                "+Key at:%p refcount:%d, value swapped at: page %llu "
+                "using %llu pages\r\n",
+                (void*)key, key->refcount, (unsigned long long) key->vm.page,
+                (unsigned long long) key->vm.usedpages));
+        }
     } else if (!strcasecmp(c->argv[1]->ptr,"swapout") && c->argc == 3) {
         dictEntry *de = dictFind(c->db->dict,c->argv[2]);
         robj *key, *val;
@@ -7185,7 +7671,7 @@ static void debugCommand(redisClient *c) {
         /* Swap it */
         if (key->storage != REDIS_VM_MEMORY) {
             addReplySds(c,sdsnew("-ERR This key is not in memory\r\n"));
-        } else if (vmSwapObject(key,val) == REDIS_OK) {
+        } else if (vmSwapObjectBlocking(key,val) == REDIS_OK) {
             dictGetEntryVal(de) = NULL;
             addReply(c,shared.ok);
         } else {
@@ -7279,8 +7765,6 @@ int main(int argc, char **argv) {
         if (rdbLoad(server.dbfilename) == REDIS_OK)
             redisLog(REDIS_NOTICE,"DB loaded from disk");
     }
-    if (aeCreateFileEvent(server.el, server.fd, AE_READABLE,
-        acceptHandler, NULL) == AE_ERR) oom("creating file event");
     redisLog(REDIS_NOTICE,"The server is now ready to accept connections on port %d", server.port);
     aeMain(server.el);
     aeDeleteEventLoop(server.el);