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redis03_持久化

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redis持久化

概述

redis数据都在内存里面，为防止数据丢失，redis提供持久化功能。持久化方式如下

  • RDB持久化
  • AOF持久化
  • 混合持久化(4.0之后新增)

RDB持久化

RDB持久化功能所生成的RDB文件时一个经过压缩的二进制文件，该文件可还原生成RDB文件时的数据库状态。

RDB文件的生成和加载

SAVE和BGSAVE命令可以生成RDB文件。

  • SAVE命令会阻塞redis服务器进程，直到RDB文件创建完毕为止，阻塞期间，服务器不能处理任何请求。
  • BGSAVE命令会派生出一个子进程，由子进程负责创建RDB文件，服务器进程继续处理请求。

在BGSAVE命令执行期间，服务器对SAVE、BGSAVE、BGWRITEAOF三个命令的处理方式会不同

  • SAVE命令会被直接拒绝，redis禁止SAVE和BGSAVE同时调用，为了避免父子进程同时调用rdbSave，防止产生竞争条件。
  • BGSAVE会被拒绝，同时两个BGSAVE命令也会产生竞争条件。
  • BGWRITEAOF会被延迟到BGSAVE命令执行之后。（如果有BGWRITEAOF命令正再执行，BGSAVE请求会被服务器拒绝。）

BGWRITEAOF和BGSAVE之间没有冲突的地方，出于性能考虑，如果两个子进程同时执行大量磁盘写入操作，会造成磁盘IO过高。

加载

服务器启动时检测到RDB文件的存在，会自动载入RDB文件，载入期间会一直阻塞，直到载入工作完成。

AOF更新频率更高，如果服务器开启了AOF功能，会优先使用AOF文件还原数据库。

自动间隔保存

Redis允许用户通过设置服务器配置的save选项，让服务器每隔一段时间自动执行一次BGSAVE命令。

满足下面条件中的任意一个，BGSAVE会自动执行。

1
2
3
4
5
6
7
8
9
//900秒内对数据库进行至少一次修改
save 900 1 
//300秒内对数据库进行至少10次修改
save 300 10
//60秒内对数据库进行至少1000次修改
save 60 1000

// 关闭自动保存功能
//save ""

dirty和lastsave

服务器维持着一个dirty计数器和一个lastsave属性

  • dirty计数器，记录上次成功执行SAVE或BGSAVE命令之后，服务器对数据库进行了多少次修改。
  • lastsave属性是一个UNIX时间戳，记录了服务器上次成功执行SAVE或BGSAVE命令的时间。

服务器定期检查保存条件是否满足
Redis的服务器周期性操作函数serverCron默认每隔100毫秒就会执行一次，它其中的一项工作就是检查save选项所设置的保存条件是否满足，满足则只需BGSAVE命令。

AOF持久化

AOF持久化是通过保存Redis服务器所执行的写命令来记录数据库状态的。

AOF持久化的实现

AOF持久化功能的实现可以分为命令追加、文件写入、文件同步三个步骤。

命令追加

服务器在执行完一个写命令后，会以协议格式将被执行的写命令追加到服务器状态的aof_buf缓冲区末尾。

AOF文件的写入与同步

操作系统的文件写入和同步：为了提高文件的写入效率，现代操作系统中，当用户调用操作系统的write函数的时候，数据会被写到一个内存缓冲区里面，当缓冲区填满或者超过指定时限后，才会从缓冲区写到磁盘里面。同时系统提供同步函数，强制让操作系统将缓冲区的数据写到硬盘里面。

Redis的服务器进程是一个事件循环，每次结束一个事件循环之前，都会调用flushAppenOnlyFile函数，考虑是否将aof_buf中的内容写入和保存AOF文件中。

AOF文件的载入与数据还原

AOF重写

随着服务器运行时间越长，AOF文件中的内容会越来越多，文件体积膨胀，并且会导致使用AOF文件进行数据还原所需要的时间边长。

为了解决AOF文件体积膨胀的问题，Redis提供了AOF文件重写功能。

AOF文件重写的实现

AOF文件重写并不需要对现有的AOF文件进行任何修改，这个功能通过读取服务器当前的数据库状态来实现的。

程序从数据库中读取键现在的值，然后用一个命令去记录键值对，代替之前记录这个键值对的多条命令，这就是AOF重写功能的实现原理(如list对象，分多次加入对象，会有多条命令)。

重写程序在处理列表、哈希表、集合、有序集合时，会先检查键所包含的元素，如果元素的数量超过了REDIS_AOF_REWRITE_ITEMS_PER_CMD常量(目前版本为64)时，重写程序会用多条命令来记录这个集合。

AOF后台重写

AOF重写程序对进行大量的写入操作，所以调用这个函数的线程将被长时间阻塞，为了使重写AOF期间，服务器正常相应请求，Redis决定将AOF重写程序放到子进程中执行。

为了保证AOF后台重写期间，收到的写入请求会被同步到AOF文件中，Redis设置了一个AOF重写缓冲区，这个在子进程创建之后开始使用，当Redis执行完一个写命令之后，会同时将这个写命令发送给AOF缓冲区和AOF重写缓冲区。

当子进程完成AOF重写工作之后，他会给父进程发送一个信号，父进程接收到信号后会执行一下工作：

  1. 将AOF重写缓冲区中的所有内容写到新AOF文件中。
  2. 对新的AOF文件进行改名，原子地覆盖现有的AOF文件。

AOF混合持久化

当Redis实例很大时，使用AOF日志重放，启动数据库需要花费很长时间。

为了解决这个问题Redis4.0提供了新的持久化选项 混合持久化。

混合持久化将RDB文件的内容和增量的AOF日志文件放在一起，AOF日志不是全量日志，是从持久化开始到持久化结束这段时间发生的增量AOF日志。

BGSAVE原理(fork 和写时复制技术(COW))

使用BGSAVE，Redis会调用glibc函数fork产生一个子进程，子进程刚产生时，他和父进程共享内存中相同的代码和数据段。

子进程做数据持久化，它不会修改现有的内存数据结构，它只是对数据结构进行遍历读取，然后序列化写到磁盘中。但是父进程不一样，它必须持续服务客户端请求，然后对内存数据结构进行不间断的修改。

这个时候就会使用操作系统的COW机制来进行数据段页面的分离。
数据段是由很多操作系统的页面组合而成，当父进程对其中一个页面的数据进行修改时，会将被共享的页面复制一份分离出来，然后对这个复制的页面进行修改。这时子进程相应的页面是没有变化的， 还是进程产生时那一瞬间的数据。