Redis持久化

武培轩 2019/10/13 12:22

Redis是内存型数据库,为了使Redis在重启之后仍能保证数据不丢失,需要将数据从内存中同步到硬盘中,这一过程就是持久化。

Redis支持两种持久化的方式,一种是RDB持久化,另一种是AOF持久化,可以单独使用其中一种或将二者结合使用,或者关闭持久化功能。

Redis 持久化

Redis持久化提供了多种方式:

RDB 持久化可以在指定的时间间隔内生成数据集的时间点快照(point-in-time snapshot)。 AOF 持久化记录服务器执行的所有写操作命令,并在服务器启动时,通过重新执行这些命令来还原数据集。AOF 文件中的命令全部以 Redis 协议的格式来保存,将写命令添加到 AOF 文件(Append Only File)的末尾。Redis 还可以在后台对 AOF 文件进行重写(rewrite),使得 AOF 文件的体积不会超出保存数据集状态所需的实际大小。 Redis 可以同时使用 AOF 持久化和 RDB 持久化。在这种情况下, 当 Redis 重启时, 它会优先使用 AOF 文件来还原数据集, 因为 AOF 文件保存的数据集通常比 RDB 文件所保存的数据集更完整。 关闭持久化功能,让数据只在服务器运行时存在。

RDB持久化

在默认情况下, Redis 将数据库快照保存在名字为 dump.rdb 的二进制文件中。

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。

你也可以通过调用 SAVE 或者 BGSAVE , 手动让 Redis 进行数据集保存操作。

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

这种持久化方式被称为快照(snapshot)。

Redis.conf配置 :默认是如下配置

save 900 1

save 300 10

save 60 10000

900秒之内,如果超过1个key被修改,则发起快照保存 300秒内,如果超过10个key被修改,则发起快照保存 1分钟之内,如果1万个key被修改,则发起快照保存

RDB工作机制

当 Redis 需要保存 dump.rdb 文件时, 服务器执行以下操作:

1. Redis 调用 fork() ,同时拥有父进程和子进程。 2. 子进程将数据集写入到一个临时 RDB 文件中。 3. 当子进程完成对新 RDB 文件的写入时,Redis 用新 RDB 文件替换原来的 RDB 文件,并删除旧的 RDB 文件。

这样的好处就是可以 copy-on-write。

RDB的优点

RDB 是一个非常紧凑(compact)的文件,它保存了 Redis 在某个时间点上的数据集。这种文件非常适合用于进行备份。 RDB 非常适用于灾难恢复(disaster recovery):它只有一个文件,并且内容都非常紧凑,可以(在加密后)将它传送到别的数据中心(存储介质)。 RDB 可以最大化 Redis 的性能:父进程在保存 RDB 文件时唯一要做的就是 fork 出一个子进程,然后这个子进程就会处理接下来的所有保存工作,父进程无须执行任何磁盘 I/O 操作。 RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。

RDB的缺点

如果你需要尽量避免在服务器故障时丢失数据,那么 RDB 不适合你。虽然 Redis 允许你设置不同的保存点(save point)来控制保存 RDB 文件的频率, 但是, 因为RDB 文件需要保存整个数据集的状态, 所以它并不是一个轻松的操作。因此你可能会至少 5 分钟才保存一次 RDB 文件。在这种情况下, 一旦发生故障停机, 你就可能会丢失好几分钟的数据。 每次保存 RDB 的时候,Redis 都要 fork() 出一个子进程,并由子进程来进行实际的持久化工作。在数据集比较庞大时, fork() 可能会非常耗时,造成服务器在某某毫秒内停止处理客户端;如果数据集非常巨大,并且 CPU 时间非常紧张的话,那么这种停止时间甚至可能会长达整整一秒。虽然 AOF 重写也需要进行 fork() ,但无论 AOF 重写的执行间隔有多长,数据的耐久性都不会有任何损失。

AOF持久化

AOF 持久化,每一个写命令都通过write函数追加到 appendonly.aof 中。

可以通过修改配置文件来打开 AOF 功能:

appendfsync yes

配置完成后,AOF 就可以做到全程持久化,只需要在配置文件中设置appendonly yes(默认为no),开启 AOF 之后,Redis 每执行一个修改数据的命令,都会把它添加到 AOF 文件中,当 Redis 重启时,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。

Redis.conf默认配置

appendfsync no #让操作系统来决定何时同步

appendfsync always #每次有数据修改发生时都会写入AOF文件

appendfsync everysec #每秒钟同步一次,该策略为AOF的缺省策略

选项 同步频率
always 每个写命令都同步
everysec 每秒同步一次
no 让操作系统来决定何时同步

always 选项会严重减低服务器的性能;everysec 选项比较合适,可以保证系统奔溃时只会丢失一秒左右的数据,并且 Redis 每秒执行一次同步对服务器性能几乎没有任何影响;no 选项并不能给服务器性能带来多大的提升,而且也会增加系统奔溃时数据丢失的数量。

随着服务器写请求的增多,AOF 文件会越来越大;Redis 提供了一种将 AOF 重写的特性,能够去除 AOF 文件中的冗余写命令。

AOF重写

因为 AOF 的运作方式是不断地将命令追加到文件的末尾, 所以随着写入命令的不断增加, AOF 文件的体积也会变得越来越大。

例如, 如果你对一个计数器调用了 100 次 INCR , 那么仅仅是为了保存这个计数器的当前值, AOF 文件就需要使用 100 条记录(entry)。

然而在实际上, 只使用一条 SET 命令已经足以保存计数器的当前值了, 其余 99 条记录实际上都是多余的。

为了处理这种情况, Redis 支持一种有趣的特性:可以在不打断服务客户端的情况下, 对 AOF 文件进行重建(rebuild)。

执行 BGREWRITEAOF 命令, Redis 将生成一个新的 AOF 文件, 这个文件包含重建当前数据集所需的最少命令。

Redis 2.2 需要自己手动执行 BGREWRITEAOF 命令;Redis 2.4 则可以自动触发 AOF 重写, redis.conf配置文件如下。

# 自动重写AOF文件

#

# 如果AOF日志文件大到指定百分比,Redis能够通过 BGREWRITEAOF 自动重写AOF日志文件。

#

# 工作原理:Redis记住上次重写时AOF日志的大小(或者重启后没有写操作的话,那就直接用此时的AOF文件),

# 基准尺寸和当前尺寸做比较。如果当前尺寸超过指定比例,就会触发重写操作。

#

# 你还需要指定被重写日志的最小尺寸,这样避免了达到约定百分比但尺寸仍然很小的情况还要重写。

#

# 指定百分比为0会禁用AOF自动重写特性。

auto-aof-rewrite-percentage 100

auto-aof-rewrite-min-size 64mb

AOF工作机制

Redis 执行 fork() ,现在同时拥有父进程和子进程。 子进程开始将新 AOF 文件的内容写入到临时文件。 对于所有新执行的写入命令,父进程一边将它们累积到一个内存缓存中,一边将这些改动追加到现有 AOF 文件的末尾:这样即使在重写的中途发生停机,现有的 AOF 文件也还是安全的。 当子进程完成重写工作时,它给父进程发送一个信号,父进程在接收到信号之后,将内存缓存中的所有数据追加到新 AOF 文件的末尾。 Redis 用新文件替换旧文件,之后所有命令都会直接追加到新 AOF 文件的末尾。

AOF的优点

使用 AOF 持久化会让 Redis 变得非常耐久(much more durable):你可以设置不同的 fsync 策略,比如无 fsync ,每秒钟一次 fsync ,或者每次执行写入命令时 fsync 。AOF 的默认策略为每秒钟 fsync 一次,在这种配置下,Redis 仍然可以保持良好的性能,并且就算发生故障停机,也最多只会丢失一秒钟的数据( fsync 会在后台线程执行,所以主线程可以继续努力地处理命令请求)。 AOF 文件是一个只进行追加操作的日志文件(append only log), 因此对 AOF 文件的写入不需要进行 seek , 即使日志因为某些原因而包含了未写入完整的命令(比如写入时磁盘已满,写入中途停机,等等), redis-check-aof 工具也可以轻易地修复这种问题。 Redis 可以在 AOF 文件体积变得过大时,自动地在后台对 AOF 进行重写:重写后的新 AOF 文件包含了恢复当前数据集所需的最小命令集合。整个重写操作是绝对安全的,因为 Redis 在创建新 AOF 文件的过程中,会继续将命令追加到现有的 AOF 文件里面,即使重写过程中发生停机,现有的 AOF 文件也不会丢失。而一旦新 AOF 文件创建完毕,Redis 就会从旧 AOF 文件切换到新 AOF 文件,并开始对新 AOF 文件进行追加操作。 AOF 文件有序地保存了对数据库执行的所有写入操作, 这些写入操作以 Redis 协议的格式保存, 因此 AOF 文件的内容非常容易被人读懂, 对文件进行分析(parse)也很轻松。导出(export) AOF 文件也非常简单:举个例子, 如果你不小心执行了 FLUSHALL 命令, 但只要 AOF 文件未被重写, 那么只要停止服务器, 移除 AOF 文件末尾的 FLUSHALL 命令, 并重启 Redis , 就可以将数据集恢复到 FLUSHALL 执行之前的状态。

AOF的缺点

对于相同的数据集来说,AOF 文件的体积通常要大于 RDB 文件的体积。 根据所使用的 fsync 策略,AOF 的速度可能会慢于 RDB 。在一般情况下, 每秒 fsync 的性能依然非常高, 而关闭 fsync 可以让 AOF 的速度和 RDB 一样快, 即使在高负荷之下也是如此。不过在处理巨大的写入载入时,RDB 可以提供更有保证的最大延迟时间(latency)。 AOF 在过去曾经发生过这样的 bug :因为个别命令的原因,导致 AOF 文件在重新载入时,无法将数据集恢复成保存时的原样。(举个例子,阻塞命令 BRPOPLPUSH 就曾经引起过这样的 bug 。) 测试套件里为这种情况添加了测试:它们会自动生成随机的、复杂的数据集, 并通过重新载入这些数据来确保一切正常。虽然这种 bug 在 AOF 文件中并不常见, 但是对比来说, RDB 几乎是不可能出现这种 bug 的。

RDB 和 AOF 的选择

如果可以承受数分钟以内的数据丢失,那么你可以只使用 RDB 持久。 AOF 将 Redis 执行的每一条命令追加到磁盘中,处理巨大的写入会降低 Redis 的性能。 Redis 支持同时开启 RDB 和 AOF,系统重启后,Redis 会优先使用 AOF 来恢复数据,这样丢失的数据会最少。

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