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LSM Tree 键值存储系统是一种常见的用于持久化存储大量键值对的数据结构，它广泛应用于数据库和存储系统中。本文档将详细解释系统的设计和实现，主要关注以下几个方面：索引节点、跳表、键值操作以及压缩过程。 1. **索引节点**： `IndexNode.h` 文件定义了索引节点，它包含键值对在 SSTable（Sorted String Table）中的偏移量、文件目录、SSTable 的文件编号、时间戳和存储字符串的长度。这些信息用于快速定位和访问数据。 2. **跳表**： `QuadlistNode.h` 定义了四联表节点，`skiplist.h` 和 `skiplist.cpp` 实现了一个高效的跳表结构。跳表是一种随机化的数据结构，允许快速查找、插入和删除操作。它在底部的链表上构建多级索引，使得查找效率近似于二分查找。当跳表中存储的键值对数量达到一定阈值（例如2MB）时，触发磁盘操作。 3. **表节点和键值操作**： `TableNode.h` 存储了要写入 SSTable 的内容，包括时间戳、键和值。PUT 操作首先在跳表中插入键值对，达到阈值后，将跳表中的数据按照特定顺序写入 SSTable 并进行重命名。GET 操作在跳表中查找键，若未找到则通过索引查找。DELETE 操作使用懒删除策略，插入特殊字符表示删除，并从索引中移除相应的键。 4. **索引实现**： 使用 `map<uint64_t, IndexNode>` 作为内存中的索引，其底层基于红黑树，提供高效的查找性能。这避免了额外的二分查找步骤。 5. **范围扫描**： `ScanNode.h` 中的二维数组用于记录每个 SSTable 中键的范围。这种设计允许高效地进行范围查询，而不会占用过多内存。 6. **压缩（Compaction）**： 压缩是LSM Tree的关键特性，用于减少读写磁盘的次数和解决数据冗余。当level0层的SSTable数量超出限制时，系统将进行压缩。它将level0的SSTable和level1的部分SSTable合并，处理重复和删除的键值对，然后将新的SSTables写回磁盘。这一过程确保了数据的一致性和磁盘空间的有效利用。 在这个系统中，LSM Tree 的优势在于其在磁盘上的分层存储结构和内存中的高效索引，这使得在大规模数据存储中保持高性能和低延迟成为可能。同时，通过跳表和压缩策略，它能够在保持高读写速度的同时，有效地管理内存和磁盘资源。设计中的一些细节，如懒删除和归并排序，都是为了优化系统的整体性能和数据一致性。