Redis持久化

2022-01-14 07:12:34

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

http://www.redis.io

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：

配置触发规则
shutdown触发
flushall触发

手动触发：

save
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++))

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：

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
主进程fork子进程，防止主进程阻塞无法提供服务，类似RDB
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
子进程结束临时AOF文件写入后，通知主进程
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
主进程使用临时AOF文件替换旧AOF文件，完成整个重写过程