Redis持久化之RDB/AOF

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李子捌 发表于 2021/10/15 13:15:59 2021/10/15
【摘要】 Redis的非常快,很大一部分原因是因为Redis的数据存储在内存中,既然在内存中,那么当服务器宕机或者断电的时候,数据就会全部丢失了,所以Redis提供了两种机制来保证Redis数据不会因为故障而全部丢失,这种机制称为Redis的持久化机制。

1、简介

Redis的非常快,很大一部分原因是因为Redis的数据存储在内存中,既然在内存中,那么当服务器宕机或者断电的时候,数据就会全部丢失了,所以Redis提供了两种机制来保证Redis数据不会因为故障而全部丢失,这种机制称为Redis的持久化机制。

Redis的持久化机制有两种:

  • RDB(Redis Data Base) 内存快照
  • AOF(Append Only File) 增量日志


RDB(Redis DataBase) 指的是在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘,RDB是内存快照(内存数据的二进制序列化形式)的方式持久化,每次都是从Redis中生成一个快照进行数据的全量备份。

优点:

  • 存储紧凑,节省内存空间
  • 恢复速度非常快
  • 适合全量备份、全量复制的场景,经常用于灾难恢复(对数据的完整性和一致性要求相对较低的场合)

缺点:

  • 容易丢失数据,容易丢失两次快照之间Redis服务器中变化的数据。
  • RDB通过fork子进程对内存快照进行全量备份,是一个重量级操作,频繁执行成本高。
  • fork子进程,虽然共享内存,但是如果备份时内存被修改,最大可能膨胀到2倍大小。


AOF(Append Only File)是把所有对内存进行修改的指令(写操作)以独立日志文件的方式进行记录,重启时通过执行AOF文件中的Redis命令来恢复数据。AOF能够解决数据持久化实时性问题,是现在Redis持久化机制中主流的持久化方案(后续会谈到4.0以后的混合持久化)。

优点:

  • 数据的备份更加完整,丢失数据的概率更低,适合对数据完整性要求高的场景
  • 日志文件可读,AOF可操作性更强,可通过操作日志文件进行修复

缺点:

  • AOF日志记录在长期运行中逐渐庞大,恢复起来非常耗时,需要定期对AOF日志进行瘦身处理(后续详述)
  • 恢复备份速度比较慢
  • 同步写操作频繁会带来性能压力



官网地址


2、RDB

2.1 简介

RDB持久化方案进行备份时,Redis会单独fork一个子进程来进行持久化,会将数据写入一个临时文件中,持久化完成后替换旧的RDB文件。在整个持久化过程中,主进程(为客户端提供服务的进程)不参与IO操作,这样能确保Redis服务的高性能,RDB持久化机制适合对数据完整性要求不高但追求高效恢复的使用场景。

下面展示RDB持久化流程:

2.2 Fork

上面说到了RDB持久化过程中,主进程会fork一个子进程来负责RDB的备份,这里简单介绍一下fork

  • Linux操作系统中的程序,fork会产生一个和父进程完全相同的子进程。子进程与父进程所有的数据均一致,但是子进程是一个全新的进程,与原进程是父子进程关系
  • 出于效率考虑,Linux操作系统中使用COW(Copy On Write)写时复制机制,fork子进程一般情况下与父进程共同使用一段物理内存,只有在进程空间中的内存发生修改时,内存空间才会复制一份出来。


在Redis中,RDB持久化就是充分的利用了这项技术,Redis在持久化时调用glibc函数fork一个子进程,全权负责持久化工作,这样父进程仍然能继续给客户端提供服务。fork的子进程初始时与父进程(Redis的主进程)共享同一块内存;当持久化过程中,客户端的请求对内存中的数据进行修改,此时就会通过COW机制对数据段页面进行分离,也就是复制一块内存出来给主进程去修改。

RDB触发的规则分为两大类,分别是手动触发和自动触发:

自动触发:

  1. 配置触发规则
  2. shutdown触发
  1. flushall触发

手动触发:

  1. save
  2. bgsave


2.3 自动触发

以下介绍Redis的RDB持久化机制中的自动触发机制中的配置触发规则来触发RDB,涉及到RDB规则的配置、文件存储路径配置、文件名配置、文件压缩配置、文件完整性校验配置。


2.3.1 配置规则触发

  • 在Redis安装目录下的redis.conf配置文件中搜索 /snapshot即可快速定位,配置文件默认注释了下面三行数据,通过配置规则来触发RDB的持久化,需要开启或者根据自己的需求按照规则来配置。

下面对配置规则进行解释,实际使用过程中可以根据需求进行合理的配置

save 3600 1 -> 3600秒内有1个key被修改,触发RDB

save 300 100 -> 300 秒内有100个key被修改,触发RDB

save 60 10000 -> 60 秒内有10000个key被修改,触发RDB


  • 配置RDB文件的存储路径

我们可以在Redis的安装目录下看到dump.rdb文件,如果没看到,连接到客户端执行一次shutdown,这个是后面

shutdown自动触发规则,后续会讲述

  • 配置RDB文件的名称

  • 配置RDB文件压缩

Redis默认会使用LZF算法对Redis的RDB文件进行压缩,这会消耗一定的CPU计算资源,但是会带来空间上的节省

  • 配置RDB文件完整性校验

Redis 默认使用CRC64的算法,对RDB文件完整性进行校验,以此来保证RDB文件的完整


2.3.2 shutdown触发

shutdown触发Redis的RDB持久化机制非常简单,我们在客户端执行shutdown即可。


2.3.3 flushall触发

首先这里一定要特别注意,flushall是删库跑路,它是清空dump.rdb文件,千万千万不要看了博主的文章,跑到公司备份的时候顺手来个flushall,然后到时候来问候我……,这个flushall是为了清空Redis数据的同时清空dump.rdb文件,要不然重启Redis的时候,数据又会恢复到上一次备份的时候的数据,与flushall的执行指令含义就冲突了。

为了证明这个文件不会保留数据,我特地特地的写个脚本测试一下:


编写一个批量插入的脚本文件

vi batchKeyInsert.sh
#!/bin/bash
for((i=0;i<100000;i++))
do
echo -en "Hello Redis." | redis-cli -h 192.168.211.108 -p 6379 -c -x set name$i >>redis.log
done

文件赋权

chmod +x batchKeyInsert.sh

./batchKeyInsert.sh

此时查看dump.rdb

执行flushall,后再次查看,rbd文件被清空


2.2 手动触发

手动触发RDB持久化的方式可以使用save命令和bgsave命令,这两个命令的区别如下。

save:执行save指令,阻塞Redis的其他操作,会导致Redis无法响应客户端请求,不建议使用。

bgsave:执行bgsave指令,Redis后台异步进行快照的保存操作,此时Redis仍然能响应客户端的请求。


2.3 RDB持久化文件的备份

在实际的生产环境中,我们一般不会使用主节点Master来进行持久化备份,我们会通过在Redis的多个从服务器上进行RDB持久化备份,这样是为了对Redis数据的多次备份,防止出现网络分区或者部分节点宕机甚至是硬件损坏的情况发生。

作为运维或者架构师,李子捌觉得应该要定时定期的通过脚本对Redis持久化文件进行转移备份,这样双重保险,更加可靠,万一遇到突发情况,也是多一手解决方案。


3、AOF

3.1 简介

Redis配置文件中开启,AOF持久化方案进行备份时,客户端所有请求的写命令都会被追加到AOF缓冲区中,缓冲区中的数据会根据Redis配置文件中配置的同步策略来同步到磁盘上的AOF文件中,同时当AOF的文件达到重写策略配置的阈值时,Redis会对AOF日志文件进行重写,给AOF日志文件瘦身。Redis服务重启的时候,通过加载AOF日志文件来恢复数据。

3.2 AOF配置

3.2.1 基本配置

AOF默认不开启,默认为appendonly no,开启则需要修改为appendonly yes

AOF配置文件的名称默认为appendonly.aof

配置文件的地址可以通过在redis客户端执行config get dir获取,其保存路径与RDB一致


3.2.2 同步频率配置

AOF日志是以文件的形式存在的,当程序对AOF日志文件进行写操作时,实际上将内容写到了内核为文件描述符分配的一个内存缓冲区中,随后内核会异步的将缓冲区中的数据刷新到磁盘中。如果缓冲区中的数据没来得及刷回磁盘时,服务器宕机了,这些数据就会丢失。

因此Redis通过调用Linux操作系统的glibc提供的fsync(int fid)来将指定文件的内容强制从内核缓冲区刷回磁盘,以此来保证缓冲区中的数据不会丢失。不过这是一个IO操作,相比Redis的性能来说它是非常慢的,所以不能频繁的执行。

Redis配置文件中有三种刷新缓冲区的配置:

appendfsync always

每次Redis写操作,都写入AOF日志,这种配置理论上Linux操作系统扛不住,因为Redis的并发远远超过了Linux操作系统提供的最大刷新频率,就算Redis写操作比较少的情况,这种配置也是非常耗性能的,因为涉及到IO操作,所以这个配置基本上不会用


appendfsync everysec

每秒刷新一次缓冲区中的数据到AOF文件,这个Redis配置文件中默认的策略,兼容了性能和数据完整性的折中方案,这种配置,理论上丢失的数据在一秒钟左右


appendfsync no

Redis进程不会主动的去刷新缓冲区中的数据到AOF文件中,而是直接交给操作系统去判断,这种操作也是不推荐的,丢失数据的可能性非常大。


注意要刷新缓冲区的数据到磁盘需要将如下配置,配置为no,不是yes

no-appendfsync-on-rewrite no



3.2.3 AOF修复功能

AOF持久化机制正常恢复与RDB持久化机制的恢复是一样的,都只需要将备份文件放置到Redis的工作目录下,Redis启动时就会自动的加载。AOF持久化机制提供了AOF文件异常时恢复的功能,这个功能在AOF文件损坏的场景中经常被使用到。


测试,清空Redis服务中的数据

写入数据

AOF日志文件每秒会被刷新一次数据,此时数据已经写入了appendonly.aof文件

打开文件我们可以非常清除的阅读AOF的文件内容,看到Redis的指令序列

此时人为的进行数据破坏

再次启动发现无法启动(我配置的别名启动)

执行redis-check-aof --fix ../appendonly.aof 对AOF日志文件进行修复

修复过程中会有部分数据丢失

连接客户端查看数据


3.2.4 AOF重写

前面提到AOF的缺点时,说过AOF属于日志追加的形式来存储Redis的写指令,这会导致大量冗余的指令存储,从而使得AOF日志文件非常庞大,比如同一个key被写了10000次,最后却被删除了,这种情况不仅占内存,也会导致恢复的时候非常缓慢,因此Redis提供重写机制来解决这个问题。Redis的AOF持久化机制执行重写后,保存的只是恢复数据的最小指令集,我们如果想手动触发可以使用如下指令:

bgrewriteaof


Redis4.0后的重写使用的是RDB快照和AOF指令拼接的方式,在AOF文件的头部是RDB快照的二进制形式的数据,尾部是快照产生后发生的写入操作的指令。

由于重写AOF文件时,会对Redis的性能带来一定的影响,因此也不能随便的进行自动重写,Redis提供两个配置用于自动进行AOF重写的指标,只有这两个指标同时满足的时候才会发生重写:

auto-aof-rewrite-percentage 100:指的是当文件的内存达到原先内存的两倍

auto-aof-rewrite-min-size 64mb:指的是文件重写的最小内存大小



AOF重写流程如下:

  1. bgrewriteaof触发重写,判断是否存在bgsave或者bgrewriteaof正在执行,存在则等待其执行结束再执行
  2. 主进程fork子进程,防止主进程阻塞无法提供服务,类似RDB
  1. 子进程遍历Redis内存快照中数据写入临时AOF文件,同时会将新的写指令写入aof_buf和aof_rewrite_buf两个重写缓冲区,前者是为了写会旧的AOF文件,后者是为了后续刷新到临时AOF文件中,防止快照内存遍历时新的写入操作丢失
  2. 子进程结束临时AOF文件写入后,通知主进程
  1. 主进程会将上面3中的aof_rewirte_buf缓冲区中的数据写入到子进程生成的临时AOF文件中
  2. 主进程使用临时AOF文件替换旧AOF文件,完成整个重写过程


4、混合持久化

Redis4.0后大部分的使用场景都不会单独使用RDB或者AOF来做持久化机制,而是兼顾二者的优势混合使用。其原因是RDB虽然快,但是会丢失比较多的数据,不能保证数据完整性;AOF虽然能尽可能保证数据完整性,但是性能确实是一个诟病,比如重放恢复数据。

其日志文件结构如下:


混合持久化通过aof-use-rdb-preamble yes开启,Redis 4.0以上版本默认开启

测试,我们先插入一些key,然后执行BGREWRITEAOF触发AOF持久化后,再插入一些key

此时将会看到如下的效果,验证了混合持久化的方式


5、总结

最后来总结这两者,到底用哪个更好呢?

  • 推荐是两者均开启
  • 如果对数据不敏感,可以选单独用RDB
  • 不建议单独用AOF,因为可能会出现Bug
  • 如果只是做纯内存缓存,可以都不用

Redis官网是这么介绍的:

看不懂就看下Redis中文网的介绍:


Redis官网关于持久化的介绍

Redis中文网关于持久化的介绍

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