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使用Redis进行持久化的方案有哪些？

2020年04月20日  | 移动技术网IT编程  | 我要评论

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  • 今天这篇文章将为大家介绍redis持久化的两种方案，文章将会从以下五个方面介绍：
    1. 什么是rdb，rdb如何实现持久化？
    2. 什么是aof，aof如何实现持久化？
    3. aof和rdb的区别。
    4. 如何重启恢复数据？
    5. 持久化性能问题和解决方案

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。
  • rdb完成后会自动生成一个文件，保存在dir配置的指定目录下，文件名是dbfilename指定。
  • redis默认会采用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。

手动触发

  • 手动触发的命令有save和bgsave。
  • save：该命令会阻塞redis服务器，直到rdb的过程完成，已经被废弃，因此线上不建议使用。
  • bgsave：每次进行rdb过程都会fork一个子进程，由子进程完成rdb的操作，因此阻塞只会发生在fork阶段，一般时间很短。

自动触发

  • 除了手动触发rdb，redis服务器内部还有如下几个场景能够自动触发rdb：
    1. 根据我们的 save m n 配置规则自动触发。
    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。

rdb执行流程

  • rdb的主流方式就是bgsave，通过下图我们来看看rdb的执行流程：
  • rdb执行流程
  • 通过上图可以很清楚rdb的执行流程，如下：
    1. 执行bgsave命令后，会先判断是否存在aof或者rdb的子进程，如果存在，直接返回。
    2. 父进程fork操作创建一个子进程，fork操作中父进程会被阻塞。
    3. fork完成后，子进程开始根据父进程的内存生成临时快照文件，完成后对原有的rdb文件进行替换。执行lastsave命令可以查看最近一次的rdb时间。
    4. 子进程完成后发送信号给父进程，父进程更新统计信息。

rdb的优点

  • 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，用于灾难恢复。
  • redis加载rdb恢复数据远远快于aof的方式。

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版本， 存在老版本redis服务无法兼容新版rdb格式的问题。

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。

如何开启aof

  • 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整体的执行流程

  • aof执行的流程大致分为命令写入、文件同步、文件重写、重启加载四个步骤，如下图：
  • aof执行流程
  • 从上图大致了解了aof的执行流程，下面一一分析上述的四个步骤。

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
  • 命令写入是直接写入到aof的缓冲区中，至于为什么？原因很简单，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，如下：
    • 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（默认的配置），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（当然，这是不太准确的）。

文件重写机制

  • 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。
  • 为什么要文件重写呢？ 因为文件重写能够使得aof文件的体积变得更小，从而使得可以更快的被redis加载。
  • 重写过程分为手动触发和自动触发。
    • 手动触发直接使用bgrewriteaof命令。
    • 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。
  • 自动触发时机相当于aof_current_size>auto-aof-rewrite-minsize&&（aof_current_size-aof_base_size） /aof_base_size>=auto-aof-rewritepercentage。其中aof_current_size和aof_base_size可以在info persistence统计信息中查看。
  • 那么文件重写后的aof文件为什么会变小呢？ 有如下几个原因：
    1. 进程内已经超时的数据将不会再次写入aof文件中。
    2. 旧的aof文件含有无效命令，如del key1、 hdel key2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。
  • 介绍了文件重写的系列知识，下面来看看redis内部是如何进行文件重写的，如下图： 文件重写
  • 看完上图，大致了解了文件重写的流程，对于重写的流程，补充如下：
    1. 重写期间，主线程并没有阻塞，而是在执行其他的操作命令，依然会向旧的aof文件写入数据，这样能够保证备份的最终完整性，如果数据重写失败，也能保证数据不会丢失。
    2. 为了把重写期间响应的写入信息也写入到新的文件中，因此也会为子进程保留一个缓冲区，防止新写的文件丢失数据。
    3. 重写是直接把当前内存的数据生成对应命令，并不需要读取老的aof文件进行分析、命令合并。
    4. aof文件直接采用的文本协议，主要是兼容性好、追加方便、可读性高可认为修改修复。
    5. 无论是rdb还是aof都是先写入一个临时文件，然后通过重命名完成文件的替换。

aof的优点

  • 使用 aof 持久化会让 redis 变得非常耐久：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。
  • 数据恢复速度相对于rdb比较慢。

aof和rdb的区别

  • rdb持久化是指在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘，实际操作过程是fork一个子进程，先将数据集写入临时文件，写入成功后，再替换之前的文件，用二进制压缩存储。
  • aof持久化以日志的形式记录服务器所处理的每一个写、删除操作，查询操作不会记录，以文本的方式记录，可以打开文件看到详细的操作记录。

重启加载

  • 无论是rdb还是aof都可用于服务器重启时的数据恢复，执行流程如下图：
  • 重启加载流程
  • 上图很清晰的分析了redis启动恢复数据的流程，先检查aof文件是否开启，文件是否存在，再检查rdb是否开启，文件是否存在。

性能问题与解决方案

  • 通过上面的分析，我们都知道rdb的快照、aof的重写都需要fork，这是一个重量级操作，会对redis造成阻塞。因此为了不影响redis主进程响应，我们需要尽可能降低阻塞。
  • 那么如何减少fork操作的阻塞呢？
    1. 优先使用物理机或者高效支持fork操作的虚拟化技术。
    2. 控制redis实例最大可用内存， fork耗时跟内存量成正比， 线上建议每个redis实例内存控制在10gb以内。
    3. 合理配置linux内存分配策略，避免物理内存不足导致fork失败。
    4. 降低fork操作的频率，如适度放宽aof自动触发时机，避免不必要的全量复制等。

总结

  • 本文介绍了redis持久化的两种不同的策略，大部分内容是运维人员需要掌握的，当然作为后端人员也是需要了解一下。
文章来自：https://www.cnblogs.com/Chenjiabing/p/12736115.html

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