redis持久化 rdb与aof

系统管理员 2021-12-10 02:15 256阅读 0赞

我们先明确几个概念  
备份：对于原来的数据进行完整的拷贝  
快照：在某一时刻，只记录原来数据变化的部分。  
镜像：时刻保持与原来数据一致。比如原数据删除了一个文件，镜像也会自动删除

**Redis支持RDB和AOF两种持久化机制**，持久化功能有效地避免因进程退出造成的数据丢失问题，当下次重启时利用之前持久化的文件即可实现数据恢复。  
·首先介绍RDB、AOF的配置和运行流程，以及控制持久化的相关命令，如bgsave和bgrewriteaof。  
·其次对常见持久化问题进行分析定位和优化。  
·最后结合Redis常见的单机多实例部署场景进行优化。

RDB  
RDB持久化是把当前进程数据生成快照保存到硬盘的过程，触发RDB持久化过程分为手动触发和自动触发。  
**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过程完成为止，对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞，线上环境不建议使用

bgsave命令：Redis进程执行fork操作创建子进程，RDB持久化过程由子进程负责，完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段，一般时间很短

**Redis内部还存在自动触发RDB的持久化机制，例如以下场景：**  
1）使用save相关配置，如“save m n”。表示m秒内数据集存在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，更多细节见6.3节介绍的复制原理。  
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持久化功能则自动执行bgsave。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h3MTIwMjE5_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
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，单位为微秒。  
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，可以继续响应其他命令。  
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的优缺点**  
·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。非常适用于备份，全量复制等场景。比如每6小时执行bgsave备份，并把RDB文件拷贝到远程机器或者文件系统中（如hdfs），用于灾难恢复。Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF的方式。

·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，属于重量级操作，频繁执行成本过高。  
·RDB文件使用特定二进制格式保存，Redis版本演进过程中有多个格式的RDB版本，存在老版本Redis服务无法兼容新版RDB格式的问题。针对RDB不适合实时持久化的问题，Redis提供了AOF持久化方式来解决。

**AOF**  
AOF（append only file）持久化：以独立日志的方式记录每次写命令，重启时再重新执行AOF文件中的命令达到恢复数据的目的。AOF的主要作用是解决了数据持久化的实时性，目前已经是Redis持久化的主流方式。

开启AOF功能需要设置配置：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，通过dir配置指定。AOF的工作流程操作：命令写入  
（append）、文件同步（sync）、文件重写（rewrite）、重启加载（load）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h3MTIwMjE5_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
1）所有的写入命令会追加到aof\_buf（缓冲区）中。  
2）AOF缓冲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。

**命令写入**  
AOF命令写入的内容直接是文本协议格式。例如set hello world这条命令，在AOF缓冲区会追加如下文本：  
\*3\\r\\n$3\\r\\nset\\r\\n$5\\r\\nhello\\r\\n$5\\r\\nworld\\r\\n

**AOF为什么把命令追加到aof\_buf中？**  
Redis使用单线程响应命令，如果每次写AOF文件命令都直接追加到硬盘，那么性能完全取决于当前硬盘负载。先写入缓冲区aof\_buf中，还有另一个好处，Redis可以提供多种缓冲区同步硬盘的策略，在性能和安全性方面做出平衡。

**文件同步**  
Redis提供了多种AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制  
![在这里插入图片描述][20190715114207860.png]  
·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只能支持大约几百TPS写入，显然跟Redis高性能特性背道而驰，不建议配置。

·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**  
随着命令不断写入AOF，文件会越来越大，为了解决这个问题，Redis引入AOF重写机制压缩文件体积。AOF文件重写是把Redis进程内的数据转化为写命令同步到新AOF文件的过程。  
**重写后的AOF文件为什么可以变小？**  
1）进程内已经超时的数据不再写入文件。  
2）旧的AOF文件含有无效命令，如del key1、hdel key2、srem keys、seta111、set a222等。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。  
3）多条写命令可以合并为一个，如：lpush list a、lpush list b、lpush listc可以转化为：lpush list a b c。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个元素为界拆分为多条。AOF重写降低了文件占用空间，除此之外，另一个目的是：更小的AOF文件可以更快地被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参数确定自动触发时机。

·auto-aof-rewrite-min-size：表示运行AOF重写时文件最小体积，默认为64MB。  
·auto-aof-rewrite-percentage：代表当前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其中aof\_current\_size和aof\_base\_size可以在info Persistence统计信息中查看。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h3MTIwMjE5_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
1）执行AOF重写请求。  
如果当前进程正在执行AOF重写，请求不执行并返回如下响应：ERR Background append only file rewriting already in progress  
如果当前进程正在执行bgsave操作，重写命令延迟到bgsave完成之后再执行，返回如下响应：Background append only file rewriting scheduled  
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，继续响应其他命令。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。由于父进程依然响应命令，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。  
4）子进程根据内存快照，按照命令合并规则写入到新的AOF文件。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AOF文件写入完成后，子进程发送信号给父进程，父进程更新统计信息，具体见info persistence下的aof\_\*相关统计。  
5.2）父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件。  
5.3）使用新AOF文件替换老文件，完成AOF重写。

写时拷贝技术指的是父子进程在初始阶段共享所有的数据（全局、 栈区、 堆区、 代码）， 内核会将所有的区域设置为只读。 当父子进程中任意一个进程试图修改其中的数据时， 内核才会将要修改的数据所在的区域（页） 拷贝一份。

**重启加载**  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2h3MTIwMjE5_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

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