Redis Windows迁移方案与测试

我想将开源软件Redis的主程序和附属程序迁移到Windows平台，目前它只能在Linux上运行，让它可以在Windows 11和Windows Server 2025上运行，这需要考虑Linux操作系统和Windows操作系统的差异，请列举出将Redis在Linux系统上运行的GCC的C++代码修改为在Windows系统上运行的GCC的C++代码需要修改的功能点和所在的模块以及具体函数的实现，并列举出这些修改代码对应的单元测试、集成测试、系统测试和验收测试的测试用例以及测试步骤和测试策略。

将 Redis 从 Linux 迁移到 Windows 平台需要处理操作系统差异，以下是关键修改点、测试策略和测试用例的详细方案：

通过以下修改和分层测试策略，可确保 Redis 在 Windows 11/Server 2025 达到生产级稳定性。

一、核心功能修改点及实现

1. 文件系统模块

• 修改点 ：路径分隔符转换（/ → \），大小写不敏感处理

• 文件 ：src/sds.c, src/config.c

• 实现 ：

  // 路径规范化函数
  char *normalizePath(char *path) {
    #ifdef _WIN32
    for (char *p = path; *p; p++) {
        if (*p == '/') *p = '\\';
    }
    return _strlwr(path); // 转为小写
    #else
    return path;
    #endif
  }

2. 网络模块

• 修改点：Winsock 初始化 & 非阻塞套接字

• 文件 ：src/ae.c, src/anet.c

• 实现 ：

  // Windows 网络初始化
  #ifdef _WIN32
  WSADATA wsaData;
  WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);
  #endif
  
  // 非阻塞套接字设置
  int anetNonBlock(char *err, int fd) {
    #ifdef _WIN32
    u_long mode = 1;
    if (ioctlsocket(fd, FIONBIO, &mode) == SOCKET_ERROR) {
        return ANET_ERR;
    }
    #else
    // Linux 原有实现
    #endif
  }

3. 进程控制模块

• 修改点 ：替换 fork() 为 Windows 进程 API

• 文件 ：src/rdb.c (RDB 持久化), src/aof.c (AOF 重写)

• 实现 ：

  #ifdef _WIN32
  BOOL createChildProcess(/* 参数 */) {
    STARTUPINFO si = { sizeof(si) };
    PROCESS_INFORMATION pi;
    CreateProcessA("redis-child.exe", /* 命令行 */, NULL, NULL, FALSE, 0, NULL, NULL, &si, &pi);
    // 共享内存区域传递数据
  }
  #endif

4. 内存映射模块

• 修改点 ：mmap() → CreateFileMapping()

• 文件 ：src/zmalloc.c

• 实现 ：

  void *zmalloc(size_t size) {
    #ifdef _WIN32
    HANDLE hMap = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, PAGE_READWRITE, 0, size, NULL);
    return MapViewOfFile(hMap, FILE_MAP_ALL_ACCESS, 0, 0, size);
    #else
    // Linux 原有实现
    #endif
  }

5. 信号处理模块

• 修改点：替换 Unix 信号为 Windows 事件

• 文件 ：src/server.c

• 实现 ：

  #ifdef _WIN32
  BOOL WINAPI ConsoleHandler(DWORD event) {
    if (event == CTRL_C_EVENT) {
        serverShutdown(); // 自定义关闭逻辑
        return TRUE;
    }
    return FALSE;
  }
  SetConsoleCtrlHandler(ConsoleHandler, TRUE);
  #endif

6. 线程同步模块

• 修改点 ：pthread → Windows 线程 API

• 文件 ：src/bio.c (后台 I/O 线程)

• 实现 ：

  #ifdef _WIN32
  HANDLE threads[BIO_NUM_OPS];
  for (int j = 0; j < BIO_NUM_OPS; j++) {
    threads[j] = CreateThread(NULL, 0, bioProcessBackgroundJobs, NULL, 0, NULL);
  }
  #endif

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二、测试策略与用例

1. 单元测试

• 目标：验证修改后的独立模块功能
• 用例示例 ：
  • 路径规范化测试
    • 输入："C:/Redis/DATA"
    • 预期输出："c:\\redis\\data"
  • 非阻塞套接字测试
    • 步骤：创建套接字 → 设置非阻塞 → 接收空数据
    • 预期：立即返回错误码 WSAEWOULDBLOCK

2. 集成测试

• 目标：验证模块间协作
• 用例示例 ：
  • RDB 持久化流程
    • 步骤：
      1. 执行 SAVE 命令触发持久化
      2. 检查子进程创建是否成功
      3. 验证生成的 dump.rdb 文件数据一致性
    • 预期：数据完整写入，主进程不阻塞
  • 网络事件循环
    • 步骤：
      1. 启动 10 个客户端并发连接
      2. 发送 PING/PONG 命令
      3. 随机断开部分连接
    • 预期：无连接泄漏，响应正确

3. 系统测试

• 目标：验证整体系统行为
• 用例示例 ：
  • Windows 服务化运行
    • 步骤：
      1. 注册为 Windows 服务
      2. 通过 SCM 启动/停止服务
      3. 检查事件日志输出
    • 预期：服务状态转换正常，无资源泄漏
  • 高负载压力测试
    • 工具：redis-benchmark -n 1000000 -c 100
    • 监控：内存/CPU 使用率、网络吞吐量
    • 预期：性能指标在 Linux 版本的 80% 以上

4. 验收测试

• 目标：验证生产环境可用性
• 用例示例 ：
  • 跨平台数据兼容性
    • 步骤：
      1. 在 Linux 生成 RDB/AOF 文件
      2. 复制到 Windows 加载
      3. 执行 KEYS * 验证数据完整性
    • 预期：数据 100% 一致
  • 故障恢复测试
    • 步骤：
      1. 强制杀死 Redis 进程
      2. 重启后检查 AOF 日志重放
      3. 验证最后 10 条写入数据是否存在
    • 预期：数据恢复无丢失

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三、关键测试工具

1. Windows 原生测试框架
   • CTest + CMake 驱动单元测试
   • PowerShell 脚本自动化服务控制测试
2. 网络模拟工具
   • clumsy (模拟网络延迟/丢包)
   • Wireshark 抓包分析
3. 性能分析工具
   • Windows Performance Analyzer (WPA)
   • RedisInsight 监控实时指标

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四、风险缓解策略

1. fork() 替代方案验证
   • 方案 A：使用 CreateProcess + 共享内存
   • 方案 B：改用线程池 + 写时复制（COW）模拟
   • 测试：对比 10GB 数据集 RDB 生成时间
2. 异步 I/O 性能优化
   • 将 select() 替换为 IOCP (Completion Ports)
   • 测试工具：redis-benchmark --threads 8
3. 内存分配器切换
   • 测试 jemalloc vs Windows CRT allocator 碎片率

最终交付物：

• Windows 平台专用分支代码库
• 自动化测试套件（GitHub Actions + Azure VM）
• 《Windows 部署手册》含性能调优指南