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redis持久化详解

admin 2018年05月27日 大数据 158 0

redis持久化

redis提供了两种持久化的方式,分别是RDB(Redis DataBase)和AOF(Append Only File)。
RDB,简而言之,就是在不同的时间点,将redis存储的数据生成快照并存储到磁盘等介质上;
AOF,则是换了一个角度来实现持久化,那就是将redis执行过的所有写指令记录下来,在下次redis重新启动时,只要把这些写指令从前到后再重复执行一遍,就可以实现数据恢复了。
其实RDB和AOF两种方式也可以同时使用,在这种情况下,如果redis重启的话,则会优先采用AOF方式来进行数据恢复,这是因为AOF方式的数据恢复完整度更高。
如果你没有数据持久化的需求,也完全可以关闭RDB和AOF方式,这样的话,redis将变成一个纯内存数据库,就像memcache一样。

RDB

RDB方式,是将redis某一时刻的数据持久化到磁盘中,是一种快照式的持久化方法。
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。
虽然RDB有不少优点,但它的缺点也是不容忽视的。如果你对数据的完整性非常敏感,那么RDB方式就不太适合你,因为即使你每5分钟都持久化一次,当redis故障时,仍然会有近5分钟的数据丢失。所以,redis还提供了另一种持久化方式,那就是AOF。

AOF

AOF,英文是Append Only File,即只允许追加不允许改写的文件。
如前面介绍的,AOF方式是将执行过的写指令记录下来,在数据恢复时按照从前到后的顺序再将指令都执行一遍,就这么简单。
我们通过配置redis.conf中的appendonly yes就可以打开AOF功能。如果有写操作(如SET等),redis就会被追加到AOF文件的末尾。
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,这点大家可以放心。
AOF方式的另一个好处,我们通过一个“场景再现”来说明。某同学在操作redis时,不小心执行了FLUSHALL,导致redis内存中的数据全部被清空了,这是很悲剧的事情。不过这也不是世界末日,只要redis配置了AOF持久化方式,且AOF文件还没有被重写(rewrite),我们就可以用最快的速度暂停redis并编辑AOF文件,将最后一行的FLUSHALL命令删除,然后重启redis,就可以恢复redis的所有数据到FLUSHALL之前的状态了。是不是很神奇,这就是AOF持久化方式的好处之一。但是如果AOF文件已经被重写了,那就无法通过这种方法来恢复数据了。
虽然优点多多,但AOF方式也同样存在缺陷,比如在同样数据规模的情况下,AOF文件要比RDB文件的体积大。而且,AOF方式的恢复速度也要慢于RDB方式。
如果你直接执行BGREWRITEAOF命令,那么redis会生成一个全新的AOF文件,其中便包括了可以恢复现有数据的最少的命令集。
如果运气比较差,AOF文件出现了被写坏的情况,也不必过分担忧,redis并不会贸然加载这个有问题的AOF文件,而是报错退出。这时可以通过以下步骤来修复出错的文件:
1. 备份被写坏的AOF文件
2. 运行redis-check-aof –fix进行修复
3. 用diff -u来看下两个文件的差异,确认问题点
4. 重启redis,加载修复后的AOF文件

AOF重写

AOF重写的内部运行原理,我们有必要了解一下。
在重写即将开始之际,redis会创建(fork)一个“重写子进程”,这个子进程会首先读取现有的AOF文件,并将其包含的指令进行分析压缩并写入到一个临时文件中。
与此同时,主工作进程会将新接收到的写指令一边累积到内存缓冲区中,一边继续写入到原有的AOF文件中,这样做是保证原有的AOF文件的可用性,避免在重写过程中出现意外。
当“重写子进程”完成重写工作后,它会给父进程发一个信号,父进程收到信号后就会将内存中缓存的写指令追加到新AOF文件中。
当追加结束后,redis就会用新AOF文件来代替旧AOF文件,之后再有新的写指令,就都会追加到新的AOF文件中了。

主从(master-slave)

像MySQL一样,redis是支持主从同步的,而且也支持一主多从以及多级从结构。
主从结构,一是为了纯粹的冗余备份,二是为了提升读性能,比如很消耗性能的SORT就可以由从服务器来承担。
redis的主从同步是异步进行的,这意味着主从同步不会影响主逻辑,也不会降低redis的处理性能。
主从架构中,可以考虑关闭主服务器的数据持久化功能,只让从服务器进行持久化,这样可以提高主服务器的处理性能。
在主从架构中,从服务器通常被设置为只读模式,这样可以避免从服务器的数据被误修改。但是从服务器仍然可以接受CONFIG等指令,所以还是不应该将从服务器直接暴露到不安全的网络环境中。如果必须如此,那可以考虑给重要指令进行重命名,来避免命令被外人误执行。

同步原理

从服务器会向主服务器发出SYNC指令,当主服务器接到此命令后,就会调用BGSAVE指令来创建一个子进程专门进行数据持久化工作,也就是将主服务器的数据写入RDB文件中。在数据持久化期间,主服务器将执行的写指令都缓存在内存中。
在BGSAVE指令执行完成后,主服务器会将持久化好的RDB文件发送给从服务器,从服务器接到此文件后会将其存储到磁盘上,然后再将其读取到内存中。这个动作完成后,主服务器会将这段时间缓存的写指令再以redis协议的格式发送给从服务器。
另外,要说的一点是,即使有多个从服务器同时发来SYNC指令,主服务器也只会执行一次BGSAVE,然后把持久化好的RDB文件发给多个下游。在redis2.8版本之前,如果从服务器与主服务器因某些原因断开连接的话,都会进行一次主从之间的全量的数据同步;而在2.8版本之后,redis支持了效率更高的增量同步策略,这大大降低了连接断开的恢复成本。
主服务器会在内存中维护一个缓冲区,缓冲区中存储着将要发给从服务器的内容。从服务器在与主服务器出现网络瞬断之后,从服务器会尝试再次与主服务器连接,一旦连接成功,从服务器就会把“希望同步的主服务器ID”和“希望请求的数据的偏移位置(replication offset)”发送出去。主服务器接收到这样的同步请求后,首先会验证主服务器ID是否和自己的ID匹配,其次会检查“请求的偏移位置”是否存在于自己的缓冲区中,如果两者都满足的话,主服务器就会向从服务器发送增量内容。
增量同步功能,需要服务器端支持全新的PSYNC指令。这个指令,只有在redis-2.8之后才具有。

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