Redis 的持久化 RDB和 AOF

1. 简介

Redis 是一个快速的 key-value 形式的 内存数据库。同时Redis支持RDB和AOF两种持久化机制，持久化功能有效地避免因进程退出造成的数据丢失问题，当下次重启时利用之前持久化的文件即可实现数据恢复。

2. 持久化

2.1 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。

2.1.1 如何触发

手动触发

手动触发分为两个命令 save 和 bgsave 。

  • save命令：阻塞当前Redis服务器，直到RDB过程完成为止，对于内存比较大的实例会造成长时间阻塞，线上环境不建议使用
  • bgsave命令：Redis进程执行fork操作创建子进程，RDB持久化过程由子进程负责，完成后自动结束。阻塞只发生在fork阶段，一般时间很短。

因为bgsave命令是针对 save命令做了优化的，所以Redis现在内部RDB的操作都是使用了bgsave的方式。

自动触发

Redis 内部会进行自动触发RDB操作。

  • 1)使用save相关配置，如“save m n”。表示m秒内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave。
  • 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319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。

在redis.conf 中有如下配置：
**

  • save：这里是用来配置触发 Redis的 RDB 持久化条件，也就是什么时候将内存中的数据保存到硬盘。比如“save m n”。表示m秒内数据集存在n次修改时，自动触发bgsave(这个命令下面会介绍，手动触发RDB持久化的命令)

默认如下配置：

save 900 1：表示900 秒内如果至少有 1 个 key 的值变化，则保存 save 300 10：表示300 秒内如果至少有 10 个 key 的值变化，则保存 save 60 10000：表示60 秒内如果至少有 10000 个 key 的值变化，则保存

当然如果你只是用Redis的缓存功能，不需要持久化，那么你可以注释掉所有的 save 行来停用保存功能。可以直接一个空字符串来实现停用：save ""

  • stop-writes-on-bgsave-error ：默认值为yes。当启用了RDB且最后一次后台保存数据失败，Redis是否停止接收数据。这会让用户意识到数据没有正确持久化到磁盘上，否则没有人会注意到灾难(disaster)发生了。如果Redis重启了，那么又可以重新开始接收数据了
  • rdbcompression ；默认值是yes。对于存储到磁盘中的快照，可以设置是否进行压缩存储。如果是的话，redis会采用LZF算法进行压缩。如果你不想消耗CPU来进行压缩的话，可以设置为关闭此功能，但是存储在磁盘上的快照会比较大。
  • rdbchecksum ：默认值是yes。在存储快照后，我们还可以让redis使用CRC64算法来进行数据校验，但是这样做会增加大约10%的性能消耗，如果希望获取到最大的性能提升，可以关闭此功能。
  • dbfilename ：设置快照的文件名，默认是 dump.rdb
  • dir：设置快照文件的存放路径，这个配置项一定是个目录，而不能是文件名。默认是和当前配置文件保存在同一目录。

也就是说通过在配置文件中配置的 save 方式，当实际操作满足该配置形式时就会进行 RDB 持久化，将当前的内存快照保存在 dir 配置的目录中，文件名由配置的 dbfilename 决定。

2.1.2 处理流程

下图是 bgsave 的处理流程图。

redis服务重启命令 redis怎么重启_redis重启命令

  1. 执行 bgsave 命令 ，Redis 的主进程进行处理，判断当前是否存在子进程正在进行 RDB/AOF 操作，直接返回。
  2. 父进程 执行 fork操作 创建子进程，fork 过程中父进程会阻塞，fork属于操作系统中的重操作。通过info stats命令查看latest_fork_usec选项，可以获取最近一个fork操作的耗 时，单位为微秒。
  3. 父进程 fork完之后 可以继续处理其他命令。
  4. 子进程会按照一定规则 生成 RDB文件 ，并对原有文件进行原子替换。执行lastsave命令可以获取最后一次生成RDB的 时间，对应info统计的rdb_last_save_time选项。
  5. 进程发送信号给父进程表示完成，父进程更新统计信息，具体见 info Persistence下的rdb_*相关选项。


> 生成目录：RDB文件保存在dir配置指定的目录下，文件名通过dbfilename配置指定。可以通过执行config set dir{newDir}和config set dbfilename{newFileName}运行期动态执行，当下次运行时RDB文件会保存到 新目录> 。


> 压缩：Redis默认采用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，可以通过参数config set rdbcompression{yes|no}动态修改。压缩会消耗CPU，但是会大幅降低 RDB文件体积。


2.1.3 RDB 的优缺点

RDB 的优点
  • RDB是一个按照指定规则压缩的紧凑二进制文件。代表Redis在某个时间点的数据快照，非常适用于备份，全量复制等。
  • RDB 文件的加载远远快于 AOF文件。
RDB的缺点
  • RDB 的执行成本比较高，因为 fork属于重量级操作。RDB 没法做到实时持久化/秒级持久化.
  • 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。

针对这个问题，redis 还有另外一种 持久化方法 AOF。

2.2 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。

2.2.1 触发方式

自动触发

在redis.conf 配置中可以看到：

  • appendonly：默认值为no，也就是说redis默认使用的是rdb方式持久化，如果想要开启 AOF 持久化方式，需要将 appendonly 修改为 yes。
  • appendfilename ：aof文件名，默认是"appendonly.aof"
  • **appendfsync：**aof持久化策略的配置。通常有三种方式。

no 表示不执行fsync，由操作系统保证数据同步到磁盘，速度最快，但是不太安全；always 表示每次写入都执行fsync，以保证数据同步到磁盘，效率很低；everysec 表示每秒执行一次fsync，可能会导致丢失这1s数据。通常选择 everysec ，兼顾安全性和效率

  • no-appendfsync-on-rewrite：在aof重写或者写入rdb文件的时候，会执行大量IO，此时对于everysec和always的aof模式来说，执行fsync会造成阻塞过长时间，no-appendfsync-on-rewrite字段设置为默认设置为no。如果对延迟要求很高的应用，这个字段可以设置为yes，否则还是设置为no，这样对持久化特性来说这是更安全的选择。   设置为yes表示rewrite期间对新写操作不fsync,暂时存在内存中,等rewrite完成后再写入，默认为no，建议yes。Linux的默认fsync策略是30秒。可能丢失30秒数据。默认值为no。
  • auto-aof-rewrite-percentage：默认值为100。aof自动重写配置，当目前aof文件大小超过上一次重写的aof文件大小的百分之多少进行重写，即当aof文件增长到一定大小的时候，Redis能够调用bgrewriteaof对日志文件进行重写。当前AOF文件大小是上次日志重写得到AOF文件大小的二倍(设置为100)时，自动启动新的日志重写过程。
  • auto-aof-rewrite-min-size：64mb。设置允许重写的最小aof文件大小，避免了达到约定百分比但尺寸仍然很小的情况还要重写。
  • aof-load-truncated：aof文件可能在尾部是不完整的，当redis启动的时候，aof文件的数据被载入内存。重启可能发生在redis所在的主机操作系统宕机后，尤其在ext4文件系统没有加上data=ordered选项，出现这种现象  redis宕机或者异常终止不会造成尾部不完整现象，可以选择让redis退出，或者导入尽可能多的数据。如果选择的是yes，当截断的aof文件被导入的时候，会自动发布一个log给客户端然后load。如果是no，用户必须手动redis-check-aof修复AOF文件才可以。默认值为 yes。

2.2.2 处理流程

AOF的工作流程操作：命令写入 (append)、文件同步(sync)、文件重写(rewrite)、重启加载 (load)，如图。

redis服务重启命令 redis怎么重启_redis重启命令_02

  1. 所有的写入命令会追加到aof_buf(缓冲区)中。
  2. AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作。
  3. 随着AOF文件越来越大，需要定期对AOF文件进行重写，达到压缩的目的。
  4. 当Redis服务器重启时，可以加载AOF文件进行数据恢复。


> AOF 写入的都是文本命令。例如 set key value 等。


1)AOF为什么直接采用文本协议格式？可能的理由如下：
·文本协议具有很好的兼容性。
·开启AOF后，所有写入命令都包含追加操作，直接采用协议格式，避免了二次处理开销。
·文本协议具有可读性，方便直接修改和处理。
2)AOF为什么把命令追加到aof_buf中？
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。

2.2.3 AOF 重写

为什么需要重写？

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。

重写的优点
  1. 进程内已经超时的数据不再写入文件。
  2. 旧的``AOF``文件含有无效命令，如del key1、hdel key2、srem keys、set a111、set a222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 list c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。
  4. 更小的AOF文件可以被更快的加载。
重写的触发

AOF重写过程可以手动触发和自动触发：

  • 手动触发：直接调用bgrewriteaof命令。
  • 自动触发：根据auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数确定自动触发时机。
  1. auto-aof-rewrite-min-size：表示运行AOF重写时文件最小体积，默认 为64MB。
  2. 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 默认为 100，为2倍。
  3. 自动触发时机=aof_current_size>auto-aof-rewrite-min-size&&(aof_current_size aof_base_size)/aof_base_size>=auto-aof-rewrite- percentage .

aof文件大于64MB并且为上次重写后AOF文件的2倍。

其中aof_current_size和aof_base_size可以在info Persistence统计信息中查看。

重写的工作流程

redis服务重启命令 redis怎么重启_Redis_03


1)执行AOF重写请求。如果当前进程正在执行AOF重写，请求不执行并返回如下响应：ERR Background append         only file rewriting already in progress 如果当前进程正在执行bgsave操作，重写命令延迟到bgsave完成之后再 执        行，返回如下响应：Background append only file rewriting scheduled

2)父进程执行fork创建子进程，开销等同于bgsave过程。

3.1)主进程fork操作完成后，继续响应其他命令。所有修改命令依然写 入AOF缓冲区并根据appendfsync策略  同步到硬盘，保证原有AOF机制正确 性。

3.2)由于fork操作运用写时复制技术，子进程只能共享fork操作时的内 存数据。由于父进程依然响应命令，      Redis使用“AOF重写缓冲区”保存这部分新数据，防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据。

4)子进程根据内存快照，按照命令合并规则写入到新的AOF文件。每 次批量写入硬盘数据量由配置aof-rewrite-incremental-fsync控制，默认为 32MB，防止单次刷盘数据过多造成硬盘阻塞。

5.1)新AOF文件写入完成后，子进程发送信号给父进程，父进程更新 统计信息，具体见info persistence下的aof_*相关统计。

5.2)父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件。

5.3)使用新AOF文件替换老文件，完成AOF重写。

2.2.4 AOF 的优缺点

AOF的优点
  • 通过配置可以达到 实时持久化/秒级持久化 (会受限于磁盘性能)
  • AOF文件写入的都是文本命令，可以手动修改，可读性强，人工可干预。
AOF的缺点
  • AOF文件的体积要比RDB文件大
  • 虽然 AOF 提供了多种同步的频率，默认情况下，每秒同步一次的频率也具有较高的性能。但在 Redis 的负载较高时，RDB 比 AOF 具好更好的性能保证

2.3 RDB-AOF混合

这里补充一个知识点，在Redis4.0之后，又新增了RDB-AOF混合持久化方式。
这种方式结合了RDB和AOF的优点，既能快速加载又能避免丢失过多的数据。
具体配置为：aof-use-rdb-preamble设置为yes表示开启，设置为no表示禁用。
当开启混合持久化时，主进程先fork出子进程将现有内存副本全量以RDB方式写入aof文件中，然后将缓冲区中的增量命令以AOF方式写入aof文件中，保证持久化的实时性，写入完成后通知主进程更新相关信息，并将新的含有 RDB和AOF两种格式的aof文件替换旧的aof文件。
简单来说：混合持久化方式产生的文件一部分是RDB格式，一部分是AOF格式。
这种方式优点我们很好理解，缺点就是不能兼容Redis4.0之前版本的备份文件了。

2.3 启动加载流程

redis服务重启命令 redis怎么重启_redis重启命令_04

总结

  1. Redis提供了两种持久化方式：RDB``和``AOF。
  2. RDB使用一次性生成内存快照的方式，产生的文件紧凑压缩比更高，因此读取RDB恢复速度更快。由于每次生成RDB开销较大，无法做到实时持久化，一般用于数据冷备和复制传输。
  3. save命令会阻塞主线程不建议使用，bgsave命令通过fork操作创建子进程生成RDB避免阻塞。
  4. AOF通过追加写命令到文件实现持久化，通过appendfsync参数可以控制实时``/``秒级持久化。因为需要不断追加写命令，所以AOF文件体积逐渐变大，需要定期执行重写操作来降低文件体积。
  5. AOF重写可以通过auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数控制自动触发，也可以使用bgrewriteaof命令手动触发。
  6. 子进程执行期间使用copy-on-write机制与父进程共享内存，避免内存消耗翻倍。AOF重写期间还需要维护重写缓冲区，保存新的写入命令避免 数据丢失。
  7. 持久化阻塞主线程场景有：fork阻塞和AOF追加阻塞。fork阻塞时间跟内存量和系统有关，AOF追加阻塞说明硬盘资源紧张。
  8. 单机下部署多个实例时，为了防止出现多个子进程执行重写操作，建议做隔离控制，避免CPU和IO资源竞争。

参考：《redis开发与运维》