Redis 的持久化原理

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zeal

7个月前 发表于 技术专栏

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Redis 的持久化原理

我们在享受Redis内存型数据库高性能的同时,也在承担Redis数据丢失的风险,Redis在生产环境中,由于服务器可能发生各种意外导致宕机无法正常工作,以下简单总结一下Redis是如何进行数据持久化的。

Redis 的持久化在早期只有 RDB 快照的形式,在 1.1 版本之后开始引入了 AOF 的方式,在4.0版本中,引入了混合式持久化(前提是需要开启AOF)。

RDB 快照(snapshot)

在默认情况下, Redis 将内存数据库快照保存在名字为 dump.rdb 的二进制文件中。
你可以对 Redis 进行设置, 让它在“ N 秒内数据集至少有 M 个改动”这一条件被满足时, 自动保存一次 数据集。
比如说, 以下设置会让 Redis 在满足“ 60 秒内有至少有 1000 个键被改动”这一条件时, 自动保存一次 数据集:

# save 60 1000 //关闭RDB只需要将所有的save保存策略注释掉即可

还可以手动执行命令生成 RDB 快照,进入 redis 客户端执行命令savebgsave可以生成dump.rdb文件, 每次命令执行都会将所有 redis 内存快照到一个新的 rdb 文件里,并覆盖原有 rdb 快照文件。

bgsave 的写时复制(COW)机制

Redis 借助操作系统提供的写时复制技术(Copy-On-Write, COW),在生成快照的同时,依然可以正常 处理写命令。简单来说,bgsave 子进程是由主线程 fork 生成的,可以共享主线程的所有内存数据。 bgsave 子进程运行后,开始读取主线程的内存数据,并把它们写入 RDB 文件。此时,如果主线程对这些 数据也都是读操作,那么,主线程和 bgsave 子进程相互不影响。但是,如果主线程要修改一块数据,那 么,这块数据就会被复制一份,生成该数据的副本。然后,bgsave 子进程会把这个副本数据写入 RDB 文 件,而在这个过程中,主线程仍然可以直接修改原来的数据。

save 与 bgsave 对比:

命令savebgsave
IO 类型同步异步
是否阻塞 redis 其它命令否(在生成子进程执行调用 fork 函 数时会有短暂阻塞)
复杂度O(n)O(n)
优点不会消耗额外内存不阻塞客户端命令
缺点阻塞客户端命令需要 fork 子进程,消耗内存

注意:配置自动生成 rdb 文件后台使用的是 bgsave 方式。

AOF(append-only file)

快照功能并不是非常耐久(durable): 如果 Redis 因为某些原因而造成故障停机, 那么服务器将丢失 最近写入、且仍未保存到快照中的那些数据。从 1.1 版本开始, Redis 增加了一种完全耐久的持久化方 式: AOF 持久化,将修改的每一条指令记录进文件 appendonly.aof 中(先写入 os cache,每隔一段时间 fsync 到磁盘)
比如执行命令“set test 666”,aof 文件里会记录如下数据:

1 *3 // 表示有3个参数,命令本身也是参数的一部分,而且总是第一个参数
2 $3  //表示第一个参数的长度 也就是 set 的命令的长度
3 set  //第一个参数,总是命令本身
4 $4
5 test
6 $3
7 666

你可以通过修改配置文件来打开 AOF 功能:
# appendonly yes

从现在开始, 每当 Redis 执行一个改变数据集的命令时(比如 SET), 这个命令就会被追加到 AOF 文 件的末尾。
这样的话, 当 Redis 重新启动时, 程序就可以通过重新执行 AOF 文件中的命令来达到重建数据集的目 的
你可以配置 Redis 多久才将数据 fsync 到磁盘一次。
有三个选项:

appendfsync always:每次有新命令追加到 AOF 文件时就执行一次 fsync ,非常慢,也非常安全。
appendfsync everysec:每秒 fsync 一次,足够快,并且在故障时只会丢失 1 秒钟的数据。
appendfsync no:从不 fsync ,将数据交给操作系统来处理。更快,也更不安全的选择。

推荐(并且也是默认)的措施为每秒 fsync 一次, 这种 fsync 策略可以兼顾速度和安全性。

AOF 重写

AOF 文件里可能有太多没用指令,所以 AOF 会定期根据内存的最新数据生成 aof 文件 例如,执行了如下几条命令:

1 127.0.0.1:6379> incr readcount
2 (integer) 1
3 127.0.0.1:6379> incr readcount
4 (integer) 2
5 127.0.0.1:6379> incr readcount
6 (integer) 3
7 127.0.0.1:6379> incr readcount
8 (integer) 4
9 127.0.0.1:6379> incr readcount
10 (integer) 5

重写后 AOF 文件里变成

1 *3
2 $3
3 SET
4 $2
5 readcount
6 $1
7 5

如下两个配置可以控制 AOF 自动重写频率

auto‐aof‐rewrite‐min‐size 64mb //aof文件至少要达到64M才会自动重写,文件太小恢复速度本来就 很快,重写的意义不大
auto‐aof‐rewrite‐percentage 100 //aof文件自上一次重写后文件大小增长了100%则再次触发重写

当然 AOF 还可以手动重写,进入 redis 客户端执行命令bgrewriteaof重写 AOF

注意:AOF 重写 redis 会 fork 出一个子进程去做(与 bgsave 命令类似),不会对 redis 正常命令处理有太多 影响

RDB 和 AOF优缺点对比

指标RDBAOF
启动优先级
体积
恢复速度
数据安全性容易丢失数据根据策略来决定

生产环境可以都启用,redis启动时如果既有rdb文件又有aof文件则优先选择aof文件恢复数据,因为aof 一般来说数据更全一点。

Redis 4.0 混合持久化

重启 Redis 时,我们很少使用 RDB来恢复内存状态,因为会丢失大量数据。我们通常使用 AOF 日志重 放,但是重放 AOF 日志性能相对 RDB来说要慢很多,这样在 Redis 实例很大的情况下,启动需要花费很 长的时间。 Redis 4.0 为了解决这个问题,带来了一个新的持久化选项——混合持久化。

通过如下配置可以开启混合持久化(必须先开启aof):

 # aof‐use‐rdb‐preamble yes

如果开启了混合持久化,AOF在重写时,不再是单纯将内存数据转换为RESP命令写入AOF文件,而是将 重写这一刻之前的内存做RDB快照处理,并且将RDB快照内容和增量的AOF修改内存数据的命令存在一 起,都写入新的AOF文件,新的文件一开始不叫appendonly.aof,等到重写完新的AOF文件才会进行改名,覆盖原有的AOF文件,完成新旧两个AOF文件的替换。

于是在 Redis 重启的时候,可以先加载 RDB 的内容,然后再重放增量 AOF 日志就可以完全替代之前的 AOF 全量文件重放,因此重启效率大幅得到提升。

混合持久化AOF文件结构如下

Redis数据备份策略:

1.写crontab定时调度脚本,每小时都copy一份rdb或aof的备份到一个目录中去,仅仅保留最近48 小时的备份 2.每天都保留一份当日的数据备份到一个目录中去,可以保留最近1个月的备份 3.每次copy备份的时候,都把太旧的备份给删了 4.每天晚上将当前机器上的备份复制一份到其他机器上,以防机器损坏


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