redis学习笔记5-持久化

内容导读

互联网集市收集整理的这篇技术教程文章主要介绍了redis学习笔记5-持久化，小编现在分享给大家，供广大互联网技能从业者学习和参考。文章包含7598字，纯文字阅读大概需要11分钟。

内容图文

1.RDB

    RDB持久化就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。

    1.1 触发机制

    手动执行如下指令：

    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。过时的命令

    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。

    自动触发时机：

    （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持久化功能则动执行bgsave。

    1.2 流程说明

    1）执行bgsave命令，Redis父进程判断当前是否正在执行bgsave命令，如果是则直接返回。

    2）父进程执行fork操作创建子进程，fork操作过程中父进程会阻塞，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完成后，不再阻塞父进程，父进程可以继续响应其他命令。

    4）子进程创建RDB文件，根据父进程内存生成临时快照文件，完成后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）子进程发送信号给父进程表示完成，父进程更新统计信息，info Persistence下的rdb_*相关选项。

    1.3 RDB文件的处理

    redis配置文件中，dir指定持久化文件保存的目录，dbfilename指定文件名。

    redis默认采用LZF算法对生成的文件做压缩处理，默认开启，rdbcompression {yes|no}进行配置

    如果Redis加载损坏的RDB文件时拒绝启动，需使用redis-check-dump工具检测RDB文件并获取对应的错误报告。

    1.4 优缺点

    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。类似MySQL中的全备。

    Redis加载RDB进行数据恢复的速度远远快于AOF的方式。

    缺点：

    RDB方式无法做到实时持久化/秒级持久化，属于重量级操作。

    RDB文件新老版本可能不兼容。

2. AOF

    以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。

2.1 使用AOF

    在配置文件中配置appendonly yes，默认不开启。appendfilename配置AOF文件名，保存路径和RDB一致，通过dir配置指定。

    AOF持久化流程：

    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。

2.2 文件同步

    AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制，包括如下3个选项：

    always：每次写入缓冲区后立即同步到磁盘。

    no：调用Linux系统的write操作，而write操作会触发延迟写机制，通常同步周期为30秒。

    everysec：默认配置，即每秒同步一次。

2.3 重写机制

    重写后的AOF文件为什么可以变小？

    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。

    自动触发配置：

    （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：当前文件大小（aof_current_size）和上一次重写后文件大小（aof_base_size）的比值。

    自动触发时机=当前文件大小>auto-aof-rewrite-min-size&&（当前文件大小-上一次重写后文件大小）/上一次重写后文件大小>=auto-aof-rewrite-percentage

    重写步骤：

    1）触发AOF重写请求。

    2）父进程执行fork创建子进程。

    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缓冲区并根据同步策略进行数据同步。

    3.2）由于子进程只能共享fork操作时的内存快照数据。而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数据，按照命令合并规则写入到新的AOF文件。

    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

    5.2）子进程把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。

2.4 重启加载

2.5 文件校验

    加载损坏的AOF文件时会拒绝启动，对于错误格式的AOF文件，先进行备份，然后采用redis-check-aof--fix工具进行修复，修复后使用diff-u对比数据的差异，找出丢失的数据，有些可以人工修改补全。

 

3. 问题定位与优化

    redis持久化对redis高并发的性能有一定的影响，需要进行优化和监控。

3.1 fork操作

    当redis做RDB和AOF重写时，需要执行fork操作创建子进程，fork操作是一个重量级操作，它需要复制父进程的内存页表，因此fork操作耗时与父进程总内存量有关，如果使用虚拟化技术，可能会更耗时。

    正常情况下fork操作的耗时应该在没GB消耗20毫秒左右，可以用info stats指令查询lastest_fork_usec指标获取最近一次fork操作耗时，单位微妙。

    优化fork操作：

    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。

3.2 子进程开销监控和优化

    CPU：

        CPU开销分析：子进程负责把进程内存中的数据分批写入文件，属于CPU密集操作，通常子进程对单核CPU利用率接近90%。

        CPU消耗优化：

        1）Redis是CPU密集型服务，不要绑定单核CPU，否则子进程会和父进程竞争单核资源。

        2）尽量不要和其他CPU密集型服务部署在一起，造成CPU过度竞争。

        3）如果部署多个Redis实例，尽量保证同一时刻只有一个子进程执行重写工作。

    内存：

        内存消耗分析：子进程通过fork操作产生，理论上是将当前主进程控制的内存进行全量复制，但Linux有写时复制机制，父子进程会共享相同的物理内存页，当父进程处理写请

求时会把要修改的页创建副本，而子进程在fork操作过程中共享整个父进程内存快照。

        内存消耗优化：

        1）同CPU优化一样，如果部署多个Redis实例，尽量保证同一时刻只有一个子进程在工作。

        2）避免在大量写入时做子进程重写操作，这样将导致父进程维护大量页副本，造成内存消耗。

        3）关闭Linux的Transparent Huge Pages（THP）功能。

    硬盘：

        硬盘开销分析：子进程主要职责是把AOF或者RDB文件持久化。势必造成硬盘写入压力。

        硬盘开销优化：

        1）不要和其他高硬盘负载的服务部署在一起。如：存储服务、消息队列服务等。

        2）AOF重写时会消耗大量硬盘IO，可以开启配置no-appendfsync-on-rewrite，默认关闭。表示在AOF重写期间不做fsync操作（即重写时不执行每秒持久化）。

        3）当开启AOF功能的Redis用于高流量写入场景时，建议使用固态硬盘。

        4）对于单机配置多个Redis实例的情况，建议挂载多个硬盘，并将持久文件写入到不同的硬盘上。

        注意：配置no-appendfsync-on-rewrite=yes时，在极端情况下可能丢失整个AOF重写期间的数据。

3.3 AOF追加阻塞

    当开启AOF持久化时，常用的同步硬盘的策略是everysec，用于平衡性能和数据安全性。对于这种方式，Redis使用Linux系统的一条线程每秒执行fsync同步硬盘。当系统硬盘资源繁忙时，会造成Redis主线程阻塞。

    阻塞流程分析：

    1）主线程负责写入AOF缓冲区。

    2）AOF线程负责每秒执行一次同步磁盘操作，并记录最近一次同步时间。

    3）主线程负责对比上次AOF同步时间：如果距上次同步成功时间在2秒内，主线程直接返回，让操作系统执行fsync进行异步写入。否则主线程将会阻塞，直到同步操作完成。

    通过对AOF阻塞流程可以发现两个问题：

    1）everysec配置最多可能丢失2秒数据，不是1秒。

    2）如果系统fsync缓慢，将会导致Redis主线程阻塞影响效率。

    AOF阻塞问题定位：

    1）当发生AOF追加阻塞时，在info Persistence统计中，aof_delayed_fsync指标会累加，查看这个指标方便定位AOF阻塞问题。

    2）AOF同步最多允许2秒的延迟，当延迟发生时说明硬盘存在高负载问题，可以通过监控工具如iotop，定位消耗硬盘IO资源的进程。

总结：

    开启redis的持久化功能或多或少会影响系统性能，因此在高并发时，建议只把redis当成缓存使用，不要开启持久化功能。

    开启redis的持久化功能时，需要时刻监控fork操作、CPU、内存、硬盘、AOF阻塞等情况，发现相关问题及时采用对应的策略进行优化。

内容总结

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