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。

# RDB持久化机制

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持久化过程可以分为手动触发和自动触发。

# RDB手动触发持久化机制

手动触发分别对应savebgsave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。运行save命令对应 的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,一般时间很短。运行bgsave命令对应的Redis日志如下:

    * Background saving started by pid 3151
    * DB saved on disk
    * RDB: 0 MB of memory used by copy-on-write
    * Background saving terminated with success
    

显然bgsave命令是针对save命令阻塞问题做的优化。因此Redis内部所有的涉及RDB的操作都采用bgsave的方式,而save命令已经废弃。

# RDB自动触发持久化机制

除了执行命令手动触发之外,Redis内部还存在自动触发RDB的持久化 机制,例如以下场景:

  • 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
  • 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。
  • 执行debug reload命令重新加载Redis时,也会自动触发save操作。
  • 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

# bgsave命令触发RDB持久化流程

bgsave是主流的触发RDB持久化方式,大致可以分为以下5个步骤:

  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命令则直接返回。
  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文件的处理

RDB文件的处理主要可以分为三种:保存、压缩、校验。

  • 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}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。

    提示

    虽然压缩RDB会消耗CPU,但可大幅降低文件的体积,方便保存到硬盘 或通过网络发送给从节点,因此线上建议开启。

  • 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。

# RDB文件的优缺点

  • RDB文件的优点:

    1. 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。
    2. Redis加载RDB恢复数据远远快于AOF的方式。
  • RDB的缺点:

    1. RDB方式数据没办法做到实时持久化/秒级持久化。因为bgsave命令每次运行都要执行fork操作创建子进程,属于重量级操作,频繁执行成本过高。

    2. 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持久化机制

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触发持久化流程

AOF触发持久化流程大致可以分为以下四个步骤:

  1. 命令写入(append):所有的写入命令会追加到aof_buf(缓冲区)中。
  2. 文件同步(sync):AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作。
  3. 文件重写(rewrite):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. 重启加载 (load):当Redis服务器重启时,可以加载AOF文件进行数据恢复。

# AOF触发持久化流程-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直接采用文本协议格式有以下优势:

  • 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。

至于AOF把命令追加到aof_buf中,主要是由于以下两个原因:

  • 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。

# AOF触发持久化流程-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。

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30秒

系统调用write和fsync的区别:

  • write操作会触发延迟写(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,例如: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将阻塞直到写入硬盘完成后返回,保证了数据持久化。

各种配置值的优缺点:

可配置值 作用
always 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
everysec 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。
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。

# AOF触发持久化流程-文件重写

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文件将会变小,原因如下:

  • 进程内已经超时的数据不再写入文件。
  • 旧的AOF文件含有无效命令,如del key1hdel key2srem keysset a111set 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。
  • 多条写命令可以合并为一个,如:lpush list alpush list blpush list c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重写过程可以分为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-sizeauto-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AOF重写时机满足以下条件:

    aof_current_size>auto-aof-rewrite-minsize &&(aof_current_size-aof_base_size)/aof_base_size>=auto-aof-rewritepercentage
    

    其中aof_current_sizeaof_base_size可以在info Persistence统计信息中查看。

# AOF触发持久化流程-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。

  1. AOF持久化开启且存在AOF文件时,优先加载AOF文件。

    * 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。

    * DB loaded from disk: 5.586 seconds
    
  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。

    加载损坏的AOF文件时会拒绝启动,并打印如下日志:

    # Bad file format reading the append only file: make a backup of your AOF file,
    then use ./redis-check-aof --fix <filename>
    

    对于错误格式的AOF文件,先进行备份,然后采用redis-check-aof --fix命令进行修复,修复后使用diff-u对比数据的差异,找出丢失的数据,有些可以人工修改补全。

    AOF文件可能存在结尾不完整的情况,比如机器突然掉电导致AOF尾部文件命令写入不全。Redis为我们提供了aof-load-truncated配置来兼容这种情况,默认开启。加载AOF时,当遇到此问题时会忽略并继续启动,同时打印如下警告日志:

    # !!! Warning: short read while loading the AOF file !!!
    # !!! Truncating the AOF at offset 397856725 !!!
    # AOF loaded anyway because aof-load-truncated is enabled
    

# 本章内容总结

  1. Redis提供了两种持久化方式:RDB和AOF。

  2. RDB使用一次性生成内存快照的方式,产生的文件紧凑压缩比更高,因此读取RDB恢复速度更快。由于每次生成RDB开销较大,无法做到实时持久化,一般用于数据冷备和复制传输。

  3. save命令会阻塞主线程不建议使用,bgsave命令通过fork操作创建子进程生成RDB避免阻塞。

  4. AOF通过追加写命令到文件实现持久化,通过appendfsync参数可以控制实时/秒级持久化。因为需要不断追加写命令,所以AOF文件体积逐渐变大,需要定期执行重写操作来降低文件体积。

  5. AOF重写可以通过auto-aof-rewrite-min-sizeauto-aof-rewrite-percentage参数控制自动触发,也可以使用bgrewriteaof命令手动触发。子进程执行期间使用copy-on-write机制与父进程共享内存,避免内 存消耗翻倍。AOF重写期间还需要维护重写缓冲区,保存新的写入命令避免数据丢失。

  6. 持久化阻塞主线程场景有:fork阻塞和AOF追加阻塞。fork阻塞时间跟内存量和系统有关,AOF追加阻塞说明硬盘资源紧张。

  7. 单机下部署多个实例时,为了防止出现多个子进程执行重写操作,建议做隔离控制,避免CPU和IO资源竞争。

LastUpdated: 1/9/2020, 9:38:02 AM