Redis之持久化

原创
2020/03/23 17:40
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前言:

        Redis是一种高级的以key-value形式存储数据的nosql数据库。支持多种数据类型:字符串、哈希,链表、集合、有序集合。并且支持服务器端数据的交集,并集,补集计算,排序,及数据持久。

        由于Redis所有的数据都保存在内存里面,如果没有配置持久化,redis重启后数据就会丢失,于是需要开启持久化功能,将数据保存到磁盘上。Redis提供两种持久化方式,一种是RDB持久化,将Redis在内存中的数据定时dump到磁盘上,另一种是AOF持久化,将Redis的操作日志以追加的方式写入文件。

区别:

        RDB持久化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,实际操作就是fork一个子进程,先将数据集写入临时文件,写入成功后,在替换之前的文件,用二进制压缩存储。RDB是redis默认的持久化方式。

AOF持久化以日志的形式记录服务器所记录的每一个写、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。

持久化:

RDB:

  1. redis调用fork,现在有了子进程和父进程。
  2. 父进程继续处理client请求,子进程负责将内存内容写入到临时文件。由于os的写时复制机制(copy on write)父子进程会共享相同的物理页面,当父进程处理写请求时os会为父进程要修改的页面创建副本,而不是写共享的页面。所以子进程的地址空间内的数 据是fork时刻整个数据库的一个快照。
  3. 当子进程将快照写入临时文件完毕后,用临时文件替换原来的快照文件,然后子进程退出。

        client 也可以使用save或者bgsave命令通知redis做一次快照持久化。save操作是在主线程中保存快照的,由于redis是用一个主线程来处理所有 client的请求,这种方式会阻塞所有client请求。所以不推荐使用。

        另一点需要注意的是,每次快照持久化都是将内存数据完整写入到磁盘一次,并不 是增量的只同步脏数据。如果数据量大的话,而且写操作比较多,必然会引起大量的磁盘io操作,可能会严重影响性能。

        redis在进行数据持久化的过程中,会先将数据写入到一个临时文件中,待持久化过程都结束了,才会用这个临时文件替换上次持久化好的文件。正是这种特性,让我们可以随时来进行备份,因为快照文件总是完整可用的。

        对于RDB方式,redis会单独创建(fork)一个子进程来进行持久化,而主进程是不会进行任何IO操作的,这样就确保了redis极高的性能。

        如果需要进行大规模数据的恢复,且对于数据恢复的完整性不是非常敏感,那RDB方式要比AOF方式更加的高效。

优点:

  1. 一旦采用该方式,那么你的整个Redis数据库将只包含一个文件,这对于文件备份而言是非常完美的。比如,你可能打算每个小时归档一次最近24小时的数据,同时还要每天归档一次最近30天的数据。通过这样的备份策略,一旦系统出现灾难性故障,我们可以非常容易的进行恢复。
  2. 对于灾难恢复而言,RDB是非常不错的选择。因为我们可以非常轻松的将一个单独的文件压缩后再转移到其它存储介质上。
  3. 性能最大化。对于Redis的服务进程而言,在开始持久化时,它唯一需要做的只是fork出子进程,之后再由子进程完成这些持久化的工作,这样就可以极大的避免服务进程执行IO操作了。
  4. 相比于AOF机制,如果数据集很大,RDB的启动效率会更高。

缺点:

  1. 如果你想保证数据的高可用性,即最大限度的避免数据丢失,那么RDB将不是一个很好的选择。因为系统一旦在定时持久化之前出现宕机现象,此前没有来得及写入磁盘的数据都将丢失。
  2. 由于RDB是通过fork子进程来协助完成数据持久化工作的,因此,如果当数据集较大时,可能会导致整个服务器停止服务几百毫秒,甚至是1秒钟。

AOF:

       aof命令以redis协议追加保存每次写的操作到文件末尾。Redis还能对aof文件进行后台重写,使得AOF文件的体积不至于过大。默认的aof持久化策略是每秒钟fsync一次(fsync是指把缓存中的写指令记录到磁盘中),因为在这种情况下,redis仍然可以保持很好的处理性能,即使redis故障,也只会丢失最近1秒钟的数据。

        如果在追加日志时,恰好遇到磁盘空间满、inode满或断电等情况导致日志写入不完整,也没有关系,redis提供了redis-check-aof工具,可以用来进行日志修复。

        因为采用了追加方式,如果不做任何处理的话,aof文件会变得越来越大,为此,redis提供了aof文件重写(rewrite)机制,即当aof文件的大小超过所设定的阈值时,redis就会启动aof文件的内容压缩,只保留可以恢复数据的最小指令集。举个例子或许更形象,假如我们调用了100次INCR指令,在aof文件中就要存储100条指令,但这明显是很低效的,完全可以把这100条指令合并成一条SET指令,这就是重写机制的原理。

        在进行aof重写时,仍然是采用先写临时文件,全部完成后再替换的流程,所以断电、磁盘满等问题都不会影响aof文件的可用性。

        redis会将每一个收到的写命令都通过write函数追加到文件中(默认是 appendonly.aof)。

        当redis重启时会通过重新执行文件中保存的写命令来在内存中重建整个数据库的内容。当然由于os会在内核中缓存 write做的修改,所以可能不是立即写到磁盘上。这样aof方式的持久化也还是有可能会丢失部分修改。不过我们可以通过配置文件告诉redis我们想要 通过fsync函数强制os写入到磁盘的时机。有三种方式如下(默认是:每秒fsync一次)。

        为了压缩aof的持久化文件。redis提供了bgrewriteaof命令。收到此命令redis将使用与快照类似的方式将内存中的数据 以命令的方式保存到临时文件中,最后替换原来的文件。具体过程如下:

  1. redis调用fork ,现在有父子两个进程。
  2. 子进程根据内存中的数据库快照,往临时文件中写入重建数据库状态的命令。
  3. 父进程继续处理client请求,除了把写命令写入到原来的aof文件中。同时把收到的写命令缓存起来。这样就能保证如果子进程重写失败的话并不会出问题。
  4. 当子进程把快照内容写入以命令方式写到临时文件中后,子进程发信号通知父进程。然后父进程把缓存的写命令也写入到临时文件。
  5. 现在父进程可以使用临时文件替换老的aof文件,并重命名,后面收到的写命令也开始往新的aof文件中追加。

        需要注意到是重写aof文件的操作,并没有读取旧的aof文件,而是将整个内存中的数据库内容用命令的方式重写了一个新的aof文件,这点和快照有点类似。

优点:

  1. 该机制可以带来更高的数据安全性,即数据持久性。Redis中提供了3中同步策略,即每秒同步、每修改同步和不同步。事实上,每秒同步也是异步完成的,其效率也是非常高的,所差的是一旦系统出现宕机现象,那么这一秒钟之内修改的数据将会丢失。而每修改同步,我们可以将其视为同步持久化,即每次发生的数据变化都会被立即记录到磁盘中。可以预见,这种方式在效率上是最低的。至于无同步,无需多言,我想大家都能正确的理解它。
  2. 由于该机制对日志文件的写入操作采用的是append模式,因此在写入过程中即使出现宕机现象,也不会破坏日志文件中已经存在的内容。然而如果我们本次操作只是写入了一半数据就出现了系统崩溃问题,不用担心,在Redis下一次启动之前,我们可以通过redis-check-aof工具来帮助我们解决数据一致性的问题。
  3. 如果日志过大,Redis可以自动启用rewrite机制。即Redis以append模式不断的将修改数据写入到老的磁盘文件中,同时Redis还会创建一个新的文件用于记录此期间有哪些修改命令被执行。因此在进行rewrite切换时可以更好的保证数据安全性。
  4. AOF包含一个格式清晰、易于理解的日志文件用于记录所有的修改操作。事实上,我们也可以通过该文件完成数据的重建。

缺点:

  1. 对于相同数量的数据集而言,AOF文件通常要大于RDB文件。RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。
  2. 根据同步策略的不同,AOF在运行效率上往往会慢于RDB。总之,每秒同步策略的效率是比较高的,同步禁用策略的效率和RDB一样高效。

常用配置:

RDB持久化配置:

        Redis会将数据集的快照dump到dump.rdb文件中。此外,我们也可以通过配置文件来修改Redis服务器dump快照的频率,在打开6379.conf文件之后,我们搜索save,可以看到下面的配置信息:

  • save 900 1              #在900秒(15分钟)之后,如果至少有1个key发生变化,则dump内存快照。
  • save 300 10            #在300秒(5分钟)之后,如果至少有10个key发生变化,则dump内存快照。
  • save 60 10000        #在60秒(1分钟)之后,如果至少有10000个key发生变化,则dump内存快照。

 

AOF持久化配置​​​​​​​:

在Redis的配置文件中存在三种同步方式,它们分别是:

 

  • 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。但是当这一 次的fsync调用时长超过1秒时。Redis会采取延迟fsync的策略,再等一秒钟。也就是在两秒后再进行fsync,这一次的fsync就不管会执行多长时间都会进行。这时候由于在fsync时文件描述符会被阻塞,所以当前的写操作就会阻塞。所以,正常情况就是一秒一次,最差就是2秒钟一次。
  • appendfsync no          #从不同步。高效但是数据不会被持久化。一切依赖于操作系统。
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