redis 持久化详解,RDB和AOF是什么?他们优缺点是什么?运行流程是什么?

 Pala   2018-01-17 10:49   788 人阅读  0 条评论

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文件即可实现数据恢复。

1. 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自动触发

1.1.1 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,知道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,先上环境不建议使用。运行save命令对应Redis日志如下:

DB saved on disk

    bgsave命令:Redis进程执行fork操作创建子进程,RDB持久化过程由子进程负责,完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段,一段时间很短。运行bgsave名字对应的Redis日志如下:

Background saving started by pid 3152
DB saved on disk
RDB: 0MB of memory userd by copy-on-write
Background saving terminated with success

    bgsave命令是针对save阻塞问题做的优化。因此Redis内部所有涉及到RDB操作都采用bgsave的方式,而save命令可以废弃。

    Redis内部还存在自动触发RDB的持久化机制,例如一下场景:

    1) 使用save相关配置,如‘save m n’表示m秒之内数据集存在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。

    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。

1.1.2 bgsave流程说明

    bgsave是主流的触发RDB持久化方式,下图是运作流程

111.png


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,如只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以操作的耗时,单位为微秒。

3) 父进程仍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尺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衣示完成,父进程更新统计信息,具体见info Persistence下的rdb_*相关选项。

1.1.3 RDB文件处理

    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。可以通过执行config set dir {newDir} 和 config set dbfilename {newFileName}运行期动态执行,当下次运行时RDB文件会保存到新目录。

    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,默认开启,可以通过参数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,并打印如下日志:

Short read or OOM loading DB. Unrecoverable error , aborting now.

    这时可以使用Redis提供的redis-check-dump工具检测RDB文件并获取对应的错误报告

1.1.4 RDB的优缺点

    RDB的优点:

  • RDB是一个紧凑压缩的二进制文件,代表Redis在某一个时间点上的数据快照。非常适合用于备份,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方式。

    RDB的缺点

  • 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笨笨,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

2. 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。

2.1.1 使用AOF

    开启AOF功能需要设置配置:appendonly yes,默认不开启。AOF文件通过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),工作流程如下:

112.png

流程如下:

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服务重启时,可以加载AOF文件进行数据恢复。了解AOF工作流程之后,下面针对每个步骤做详细介绍。

2.1.2 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:

\r\n$3\r\nset\r\n$5\r\nhello\r\n$5\r\nworld\r\n

    介绍关于AOF的连个疑惑:

    1) AOF为什么直接采用文本协议格式?可能的理由如下:

    • 文本协议具有很好的兼容性。

    • 开启AOF后,所有写入命令都包含追加操作,直接采用协议格式,避免二次处理开销。

    • 文本协议具有可读性,方便直接修改和处理。

    2) 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。县写入缓冲区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。

2.1.3 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,不同值的含义如表所示

113.png

    系统调用writ和fsync说明:

  • write操作会处罚延迟写(delayed write)机制,Linux在内核提供页缓冲区用来提高硬盘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,列如:缓冲区页空间写满或达到特定时间周期。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(比如AOF文件),做强制硬盘同步,fsync将阻塞知道写入硬盘完成后返回,保证了数据持久化。

    除了write、fsync、Linx还提供了sync、fdatasync操作,具体API说明参见:http://linux.die.net/man/2/write

  • 配置为always时,每次写入都要同步AOF文件,在一般的STAT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,而且会极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1s的数据。(严格来说最多丢失1s数据是不准确)

2.1.4 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引入了AOF重写机制压缩文件体积。AOF文件重写是吧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文件为什么可以变下?有如下原因:

    1) 进程内已经超时的数据不再写文件。

    2)旧的AOF文件含有无效命令,如del key1、 hdel key2、srem keys、set a 111、set a 222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 list c 可以转化为:lpush list a b c。为了防止但挑明了过大造成客户端缓冲区溢出,对于list、set、hash、zset等类型曹组,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:更具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可以再info Persistence统计信息中查看。

    当触发AOF重写时,内部做了那些事?下面结合图介绍它的运行流程:

114.png

    流程说明:

    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缓冲区并更具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。

2.1.5  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。如图所示,表示Redis持久化文件加载流程:

115.png

    流程说明:

    1) AOF持久化开启且存在AOF文件时,优先加载AOF文件,打印如下日志:

DB loaded from append only file: 5.841 seconds

    2) AOF关闭或者AOF文件不存在时,加载RDB文件,打印如下日志:

DB loaded from disk:5.586 seconds

    3) 加载AOF/RDB文件城后,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

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