Redis持久化

Redis为了保证运行的安全性,防止因进程退出或者其它系统原因导致的数据丢失问题,于是提供了持久化技术。在Reids中我们可以使用RDB和AOF两种机制来使用Reids持久化功能。下面我分别看一下这两种机制的区别及具体使用方法。


  • RDB

RDB持久化就是把当前进程数据生成快照保存到硬盘的过程,触发RDB持久化过程主要分为手动触发和自动触发两种。

  • 触发机制

手动触发分别对应save和bgsave命令:

  • save命令:阻塞当前Redis服务器,直到RDB过程完为止。由于对于内存比较大的实例阻塞时间会更长,所以不推荐在生产环境中使用。save命令对应的Redis日志路径如下:DB saved on disk
  • bgsave命令:Redis进程执行fork操作创建子进程,RDB持久化过程由子线程负责,完成后自动结束,并且bgsave命令阻塞只发生在fork阶段,且时间较短。

除了手动触发之外,Redis内部还存在自动触发RDB的持久化的机制。具体操作如下:

  1. 使用save相关配置,如"save m n"。则表示m秒内数据存在n次修改时,自动触发bgsave。
  2. 如果从节点执行全量复制操作,主节点自动执行bgsave生成RDB文件并发送给从节点。
  3. 执行debug reload命令重新加载Redis时,也会自动触发save操作。
  4. 默认情况下执行shutdown命令时,如果没有开启AOF持久化功能时,则自动执行bgsave。

bgsave命令是主流的触发RDB持久化流程,下面我们看一下bgsave命令的流程图。

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  1. 执行bgsave命令,Redis父进程判断当前是否存在正在执行的子进程,如RDB/AOF子进程,如果存在bgsave命令直接返回。
  2. 父进程执行fork操作创建子进程,fork操作过程中父进程会阻塞,通过info stats命令查看latest_fork_usec选项,可以获取最近一个fork操作的耗时,单位为微妙。
  3. 父进程fork完成后,bgsave命令返回“Background saving started”信息并不再阻塞父进程,可以继续响应其它命令。
  4. 子进程创建RDB文件,根据父进程内存生成临时快照文件,完成后对原有文件进行原子替换。执行lastsave命令可以获取最后一次生成RDB的时间,对应info统计的rdb_last_save_time选项。

5. 进程发送信号给父进程表示完成,父进程更新统计信息。

  • RDB文件的处理

保存:RDB文件保存在dir配置指定的目录下,文件名通过dbfilename配置指定。
压缩:Redis默认采用LZF算法对生成的RDB文件做压缩处理,压缩后的文件远远小于内存大小,并且默认开启,也可以通过config set rdbcompression {yes | no}动态修改。
校验:如果Redis加载损坏的RDB文件时拒绝启动。我们可以通过Redis中的redis-check-dump工具检测RDB文件是否损坏。


  • RDB的优缺点

优点

  • RDB是一个紧凑压缩的二进制文件。代表Redis在某个时间点上的数据快照。所以非常适合用于备份、全理复制、灾难恢复等场景中。
  • Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF的方式。

缺点

  • RDB方式数据没办法做到实时持久化/秒级持久化。因为bgsave每次运行都要执行fork操作创建子进程,属于重量级级操作,频繁执行成本很高。
  • RDB文件使用特定的二进制格式保存,Redis由于版本与版本之间有多个格式的RDB版本,所以可能会导致老版本Redis服务无法兼容新版RDB格式的问题。

  • AOF

AOF持久化是以独立日志的方式记录每次写命令,重启时再重新执行AOF文件中的命令以达到恢复数据的目的。AOF的主要作用是解决数据持久化的实时性,目前已经是Redis持久化的主流方式。


  • 使用AOF

使用AOF功能需要设置以下配置:appendonly yes,默认不开启。AOF文件名通过appendfilename配置设置,默认文件名是appendonly.aof。保存路径同RDB持久化方式一致。下面我们了解一下AOF的工作流程:命令写入(append)、文件同步(sync)、文件重写(rewrite)、重启加载(load)。详细流程如下:

  1. 所有的写命令会追加到aof_buf(缓存区)中。
  2. AOF缓存区根据对应的策略向硬盘做同步操作。
  3. 随着AOF文件越来越大,需要定期对AOF文件进行重写,达到压缩的目的。
  4. 当Redis服务器重启时,可以加载AOF文件进行数据恢复。
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  • 命令写入

AOF命令写入的内容直接是文本协议格式。因为在之前的文章中我们已经介绍过了,所以在这里我们就不做过多介绍了。下面我们了解一下AOF为什么采用文本协议格式?

  • 文本协议具有很好的兼容性。
  • 开启AOF后,所有写命令都包含追加操作,直接采用协议格式,必免了二次处理开销。
  • 文本协议具有可读性,方便直接修改和处理。

AOF为什么把命令追加到aof_buf中?因为Redis中是单线程相应命令,如果每次写AOF命令都直接追加到硬盘,那么性能完全取决于当前硬盘的负载。先写入缓存区aof_buf中,有一个好处,就是Redis可以提供多种缓存区同步硬盘的策略。并且在性能和安全性方面做出平衡。


  • 文件同步

Redis提供了多种AOF缓存区同步文件策略,由参数appendfsync控制,具体说明如下:

可配置值说明
always命令写入aof_buf后调用系统fsync操作同步到AOF文件,fsync完成后线程返回
everysec命令写入aof_buf后调用系统write操作,write完成后线程返回。fsync同步文件操作由专门线程每秒调用一次
no命令写入aof_buf后调用系统write操作,不对AOF文件做fsync同步,同步硬盘操作由操作系统负责,通常同步周期最长为30秒。

系统调用write和fsync说明:

  • write操作会触发延迟写(delayed write)机制。Linux在内核提供页缓存区用来提高硬盘IO性能。write操作在写入系统缓冲区后直接返回。同步硬盘操作依赖于系统调度机制,例如:缓冲区页空间写满或者达到特定时间周期。同步文件之前,如果此时系统故障宕机,缓冲区内数据将丢失。
  • fsync针对单个文件操作,做强制硬盘同步,fsync将阻塞直到写入硬盘完成后返回,保证了数据持久化。
  • 配置为always时,每次写入都要同步AOF文件,在一般的SATA硬盘上,Redis只能支持几百TPS写入,所以不推荐配置。
  • 配置为no,由于操作系统每次同步AOF文件的周期不可控,而且会加大每次同步硬盘的数据量,虽然提升了性能,但数据安全性无法保证。
  • 配置为everysec,是建议的同步策略,也是默认配置,做到兼顾性能和数据安全性。理论上只有在系统突然宕机的情况下丢失1秒的数据。

  • 重写机制

随着命令不断的写入AOF,文件会越来越大,所以Redis为了解决这个问题,于是引入了AOF重写机制压缩文件体积。AOF文件重写是把Redis进程内的数据转换为写命令同步到新AOF文件的过程。下面我们分析一下重写后的AOF文件为什么可以变小?原因如下:

  • 进程内已经超时的数据不再写入文件。
  • 旧的AOF文件含有无效的命令,重写使用进程内数据直接生成,这样新的AOF文件只保留最终数据的写入命令。
  • 多条命令可以合并为一个。为了防止单条命令过大造成客户端缓冲区溢出,对于list、set、hash、zset等类型操作,以64个元素为界拆分多条。

AOF重写除了降低了文件的占用空间,另一个目的就是更小的AOF文件可以更快的被Redis加载。

AOF重写过程可以手动触发和自动触发:

  • 手动触发:直接调用bgrewriteaof命令。
  • 自动触发:根据auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数确定自动触发机制。
  1. auto-aof-rewrite-min-size:表示运行AOF重写时文件最小体积,默认64M。
  2. auto-aof-rewrite-percentage:代表AOF文件空间(aof_current_size)和上一次重写后AOF文件空间(aof_base_size)的比值。

自动触发时机:aof_current_size > auto_aof_rewrite_min_size && (aof_current_size - aof_base_size) / aof_base_size >= auto_aof_rewrite_percentage。

下面我们看一下当触发AOF重写时,内部都做了哪些事情。

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流程说明:

  1. 执行AOF重写请求。如果当前进程下在执行AOF重写,请求不会执行并返回错误日志信息。
  2. 父进程执行fork创建子进程,开销等同于bgsave过程。
    3.1主进程fork操作完成后,继续相应其它命令。所有修改命令依然写入AOF缓冲区并根据appendfsync策略同步到硬盘。保证原有AOF机制正确性。
    3.2由于fork操作运用写时复制技术,子进程只能共享fork操作时的内存数据。由于父进程依然相应命令,Redis使用“AOF重写缓冲区”保存这部分新数据,防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据。
  3. 子进程根据内存快照,按快照命令合并规则写入到新的AOF文件中。每次批量写入硬盘。数据量由配置aof_rewrite_incremental_fsync控制。默认为32MB,防止单次刷盘,数据过多造成硬盘阻塞。
    5.1新的AOF文件写入完成后,子进程发送信号给父进程。
    5.2父进程把AOF重写缓存区的数据写到AOF文件。
    5.3使用新AOF文件替换老文件,完成AOF重写。

  • 重启加载

AOF和RDB文件都可以用于服务器重启时的数据恢复。下面我们了解一下Redis持久化文件的加载流程。

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流程说明:

  1. AOF持久化开启并且存在AOF文件时,优先加载AOF文件。
  2. AOF关闭或者AOF文件不存在时,加载RDB文件。
  3. 加载AOF/RDB文件成功后,Redis启动成功。
  4. AOF/RDB文件存在错误时,Redis启动失败并打印错误信息。

  • 文件校验

加载损坏的AOF文件时Redis会拒绝启动。AOF文件可能存在结尾不完整的情况,例如突然宕机。Redis为了解决这方面的问题,于是提供了aof-load-truncated配置来兼容这种情况。默认为开启状态。加载AOF文件时,当遇到上述问题时会忽略而继续启动,同时输出日志警告。


上述内容就是Redis中持久化相关的内容,如有不正确的地方,欢迎留言,谢谢。

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