Redis持久化与主从复制

Redis的强劲性能很大程度上是由于其将所有数据都存储在了内存中，为了使Redis在重启之后仍能保证数据不丢失，需要将数据从内存中以某种形式同步到硬盘中，这一过程就是持久化。

Redis 提供了多种不同级别的持久化方式：

  • 1.RDB持久化
    RDB持久化可以在指定的时间间隔内生成数据集的时间点快照（point-in-time snapshot）。

  • 2.AOF持久化
    AOF持久化记录服务器执行的所有写操作命令，并在服务器启动时，通过重新执行这些命令来还原数据集。 AOF 文件中的命令全部以 Redis 协议的格式来保存，新命令会被追加到文件的末尾。 Redis 还可以在后台对 AOF 文件进行重写（rewrite），使得 AOF 文件的体积不会超出保存数据集状态所需的实际大小。

  • 3.同时使用RDB和AOF
    Redis 还可以同时使用 AOF 持久化和 RDB 持久化。在这种情况下，当 Redis 重启时，它会优先使用 AOF 文件来还原数据集，因为 AOF 文件保存的数据集通常比 RDB 文件所保存的数据集更完整。

  • 4.关闭持久化
    你甚至可以关闭持久化功能，让数据只在服务器运行时存在。

一、RDB持久化

RDB方式的持久化是通过快照（snapshotting）完成的，当符合一定条件时Redis会自动将内存中的所有数据进行快照并存储在硬盘上。

如何自定义RDB持久化

进行快照的条件可以由用户在配置文件中自定义，由两个参数构成：时间和改动的键的个数。当在指定的时间内被更改的键的个数大于指定的数值时就会进行快照。

RDB是Redis默认采用的持久化方式，在配置文件中已经预置了3个条件：

save 900 1
save 300 10
save 60 10000

save参数指定了快照条件，可以存在多个条件，条件之间是“或”的关系。如上所说，

  • save 900 1的意思是在15分钟（900秒钟）内有至少一个键被更改则进行快照。
  • Save 300 10 的意思就是在5分钟（300秒钟）内有10个键被更改则进行快照。
  • Save 60 10000 的意思就是在1分钟（60秒钟）内有10000个键被更改则进行快照。

禁用快照

如果想要禁用自动快照，只需要将所有的save参数删除即可。

快照存储在哪里？

Redis默认会将快照文件存储在当前目录的dump.rdb文件中，可以通过配置dir和dbfilename两个参数分别指定快照文件的存储路径和文件名。

快照如何进行的？

  • 1.Redis使用fork函数复制一份当前进程（父进程）的副本（子进程）；
  • 2.父进程继续接收并处理客户端发来的命令，而子进程开始将内存中的数据写入硬盘中
    的临时文件；
  • 3.当子进程写入完所有数据后会用该临时文件替换旧的RDB文件，至此一次快照操作完成。
说明

在执行fork的时候操作系统（类Unix操作系统）会使用写时复制（copy-on-write）策略，即fork函数发生的一刻父子进程共享同一内存数据，当父进程要更改其中某片数据时（如执行一个写命令），操作系统会将该片数据复制一份以保证子进程的数据不受影响，所以新的RDB文件存储的是执行fork一刻的内存数据。

通过上述过程可以发现Redis在进行快照的过程中不会修改RDB文件，只有快照结束后才会将旧的文件替换成新的，也就是说任何时候RDB文件都是完整的。这使得我们可以通过定时备份RDB文件来实现Redis数据库备份。

RDB文件是经过压缩（可以配置rdbcompression参数以禁用压缩节省CPU占用）的二进制格式，所以占用的空间会小于内存中的数据大小，更加利于传输。除了自动快照，还可以手动发送SAVE或BGSAVE命令让Redis执行快照，两个命令的区别在于，前者是由主进程进行快照操作，会阻塞住其他请求，后者会通过fork子进程进行快照操作。

Redis启动后会读取RDB快照文件，将数据从硬盘载入到内存。根据数据量大小与结构和服务器性能不同，这个时间也不同。通常将一个记录一千万个字符串类型键、大小为1GB的快照文件载入到内存中需要花费20～30秒钟。

通过RDB方式实现持久化，一旦Redis异常退出，就会丢失最后一次快照以后更改的所有数据。这就需要开发者根据具体的应用场合，通过组合设置自动快照条件的方式来将可能发生的数据损失控制在能够接受的范围。如果数据很重要以至于无法承受任何损失，则可以考虑使用AOF方式进行持久化。

RDB持久化优缺点

RDB持久化优点

RDB 是一个非常紧凑（compact）的文件，它保存了 Redis 在某个时间点上的数据集。这种文件非常适合用于进行备份：比如说，你可以在最近的 24 小时内，每小时备份一次 RDB 文件，并且在每个月的每一天，也备份一个 RDB 文件。这样的话，即使遇上问题，也可以随时将数据集还原到不同的版本。

  • 1.RDB 非常适用于灾难恢复（disaster recovery）：它只有一个文件，并且内容都非常紧凑，可以（在加密后）将它传送到别的数据中心，或者亚马逊 S3 中。
  • 2.RDB 可以最大化 Redis 的性能：父进程在保存 RDB 文件时唯一要做的就是 fork 出一个子进程，然后这个子进程就会处理接下来的所有保存工作，父进程无须执行任何磁盘 I/O 操作。
  • 3.RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。
RDB持久化缺点

如果你需要尽量避免在服务器故障时丢失数据，那么 RDB 不适合你。
虽然 Redis 允许你设置不同的保存点（save point）来控制保存 RDB 文件的频率，但是，因为RDB 文件需要保存整个数据集的状态，所以它并不是一个轻松的操作。因此你可能会至少5分钟才保存一次 RDB 文件。在这种情况下，一旦发生故障停机，你就可能会丢失好几分钟的数据。
每次保存 RDB 的时候，Redis 都要 fork() 出一个子进程，并由子进程来进行实际的持久化工作。
在数据集比较庞大时，fork() 可能会非常耗时，造成服务器在某某毫秒内停止处理客户端；
如果数据集非常巨大，并且 CPU 时间非常紧张的话，那么这种停止时间甚至可能会长达整整一秒。
虽然 AOF 重写也需要进行 fork() ，但无论 AOF 重写的执行间隔有多长，数据的耐久性都不会有任何损失。

二、AOF持久化

快照功能并不是非常耐久（durable）:如果redis因为某些原因而造成故障停机，那么服务器将丢失最近写入、且仍未保存到快照中的那些数据。尽管对于某些程序来说，数据的耐久性并不是最重要的考虑因素，但是对于那些追求完全耐久能力的程序来说，快照功能就不太适用了。从1.1版本开始，redis增加了一种完全耐久的持久化方式：AOF持久化。

你可以通过修改配置文件来打开AOF功能：

appendonly yes

AOF持久化存储位置？

AOF文件的保存位置和RDB文件的位置相同，都是通过dir参数设置的，默认的文件名是appendonly.aof，可以通过appendfilename参数修改：

appendfilename appendonly.aof

AOF工作原理

AOF重写和RDB创建快照一样，都巧妙地利用了定局时复制机制。

以下是AOF重写的执行步骤：

  • 1.redis执行fork(), 现在同时拥有父进程和子进程。
  • 2.子进程开始将新AOF文件的内容写入到临时文件。
  • 3.对于所有新执行的写入命令，父进程一边将它们累积到一个内存缓存中，一边将这些改动追加到现有AOF文件的末尾：这样即使在重写的中途发生停机，现有的AOF文件也还是安全的。
  • 4.当子进程完成重写工作时，它给父进程发送一个信号，父进程在接收到信号之后，将内存缓存中的所有数据追加到新AOF文件的末尾。
  • 5.现在redis原子地用新文件替换旧文件，之后所有命令都会直接追加到新AOF文件的末尾。

AOF重写

  • 因为AOF的运作方式是不断地将命令追加到文件的末尾，所以随着写入命令的不断增加，AOF文件的体积也会变得越来越大。
  • 举个例子，如果你对一个计数器调用了100次INCR，那么仅仅是为了保存这个计数器的当前值，AOF文件就需要使用100条记录（entry）。
  • 然而在实际上，只使用一条SET命令已经足以保存计数器的当前值了，其余99条记录实际上都是多余的。
  • 为了处理这种情况，redis支持一种有趣的特性：可以在不打断服务客户端的情况下，对AOF文件进行重建（rebuild）。
  • 执行BGREWRITEAOF命令，redis将生成一个新的AOF文件，这个文件包含重建当前数据集所需的最少命令。
  • redis 2.2需要自已手动执行BGREWRITEAOF命令；redis 2.4则可以自动触发AOF重写。
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb

auto-aof-rewrite-percentage参数的意义是当目前的AOF文件大小超过上一次重写时的AOF文件大小的百分之多少时会再次进行重写，如果之前没有重写过，则以启动时的AOF文件大小为依据。
auto-aof-rewrite-min-size参数限制了允许重写的最小AOF文件大小，通常在AOF文件很小的情况下即使其中有很多冗余的命令我们也并不太关心。除了让redis自动执行重写外，我们还可以主动使用BGREWRITEAOF命令手动执行AOF重写。
可见冗余的命令已经被删除了。重写的过程只和内存中的数据有关，和之前的AOF文件无关，这与RDB很相似，只不过二者的文件格式完全不同。在启动时redis会逐个执行AOF文件中的命令来将硬盘中的数据载入到内存中，载入的速度相较RDB会慢一些。需要注意的是虽然每次执行更改数据库内容的操作时，AOF都会将命令记录在AOF文件中，但事实上，犹豫操作系统的缓存机制，数据并没有真正地写入硬盘，而是进入了系统的硬盘缓存。在默认情况下系统每30秒会执行一次同步操作，以便将磁盘缓存中的内容真正地写入硬盘，在这30秒的过程中如果系统异常退出则会导致硬盘缓存中的数据丢失。一般来讲启动AOF持久化的应用都无法容忍这样的损失，这就需要redis在写入AOF文件后主动要求系统将缓存内容同步到硬盘中。

在redis中我们可以通过appendfsync参数设置同步的时机：

# appendfsync always
appendfsync everysec
# appendfsync no

默认情况下redis采用everysec规则，即每秒执行一次同步操作。always表示每次执行写入都会执行同步，这是最安全也是最慢的方式。no表示不主动进行同步操作，而是完全交由操作系统来做（即每30秒一次），审最快但最不安全的方式。
一般情况下使用默认值everysec就足够了，即兼顾了性能又保证了安全。
redis允许同时开启AOF和RDB,既保证了数据安全又使得进行备份等操作十分容易。此时重新启动redis后redis会使用AOF文件来恢复数据，因为AOF方式的持久化可能丢失的数据更少。

从RDB到AOF切换

在redis 2.2或以上版本，可以在不重启的情况下，从RDB切换到AOF：
为最新的dump.rdb文件创建一个备份。
将备份放到一个安全的地方。
执行以下两条命令:

redis-cli> CONFIG SET appendonly yes
redis-cli> CONFIG SET save ""

确保命令执行之后，数据库的键的数量没有改变。
确保写命令会被正确地追加到AOF文件的末尾。
第一条命令开启了AOF功能：redis会阻塞直到初始AOF文件创建完成为止，之后redis会继续处理命令请求，并开始将写入命令追加到AOF文件末尾。
第二条命令用于关闭RDB功能。这一步是可选的，如果你愿意的话，也可以同时使用RDB和AOF这两种持久化功能。
别忘了在redis.conf中打开AOF功能。否则的话，服务器重启之后，之前通过CONFIG SET设置的配置就会被遗忘，程序会按原来的配置来启动服务器。

RDB和AOF的互斥

在版本号大于等于2.4的redis中，BGSAVE执行的过程中不可以执行BGREWRITEAOF。反过来说，在BGREWRITEAOF执行的过程中，也不可以执行BGSAVE。
这可以防止两个redis后台进程同时对磁盘进行大量的I/O操作。
如果BGSAVE正在执行，并且用户显示地调用BGREWRITEAOF命令，那么服务器将向用户回复一个OK状态，并告知用户，BGREWRITEAOF已经被 预定执行：一旦BGSAVE执行完毕，BGREWRITEAOF就会正式开始。
当redis启动时，如果RDB持久化和AOF持久化都被打开了，那么程序会优先使用AOF文件来恢复数据集，因为AOF文件所保存的数据通常是最完整的。

备份redis数据

备份RDB文件

磁盘故障，节点失效，诸如此类的问题都可能让你的数据消失不见，不进行备份是非常危险的。redis对于数据备份是非常友好的，因为你可以在服务器运行的时候对RDB文件进行复制： RDB文件一旦被创建，就不会进行任何修改。当服务器要创建一个新的RDB文件时，它先将文件的内容保存在一个临时文件里面，当临时文件写入完毕时，程序才使用rename(2) 原子地用临时文件替换原来的RDB文件。这也就是说，无论何时，复制RDB文件都是绝对安全的。

建议

  • 1.创建一个定期任务（cron job）,每小时将一个RDB文件备份到一个文件夹，并且每天将一个RDB文件备份到另一个文件夹。
  • 2.确保快照的备份都带有相应的日期和时间信息，每次执行定期任务脚本时，使用find命令来删除过期的快照：比如说，你可以保留最近48小时内的每小时快照，还可以保留最近一两个月的每日快照。
  • 3.至少每天一次，将RDB备份到你的数据中心之外，或者至少是备份到你运行redis服务器的物理机器之外。

容灾备份

redis的容灾备份基本上就是对数据进行备份，并将这些备份传送到多个不同的外部数据中心。容灾备份可以在redis运行并产生快照的主数据中心发生严重的问题时，仍然让数据处于安全状态。

因为很多redis用户都是创业者，他们没有大把大把的钱可以浪费，所以下面介绍的都是一些实用又便宜的容灾备份方法：
Amazon S3,以及其他类似S3的服务，是一个构建灾难备份系统的好地方。最简单的方法就是将你的每小时或者每日RDB备份加密并传送到S3。对数据的加密可以通过gpg -c 命令来完成（对称加密模式）。记得把你的密码放到几个不同的、安全的地方去（比如你可以把密码复制给你组织里最重要的人物）。同时使用多个存储服务来保存数据文件，可以提升数据的安全性。
传送快照可以使用SCP来完成（SSH的组件）。以下是简单并且安全的传送方法：买一个离你的数据中心非常远的VPS，装上SSH，创建一个无口令的SSH客户端key，并将这个key添加到VPS的authorized_keys文件中，这样就可以向这个VPS传送快照备份文件了。为了达到最好的数据安全性，至少要从两个不同的提供商那里各购买一个VPS来进行数据容灾备份。

需要注意的是，这类容灾系统如果没有小心地进行处理的话，是很容易失效的。

最低限度下，你应该在文件传送完毕之后，检查所传送备份文件的体积和原始快照文件的体积是否相同。如果你使用的是VPS，那么还可以通过比对文件的SHA1校验和来确认文件是否传送完整。

另外，你还需要一个独立的警报系统，让它在负责传送备份文件的传送器（transfer）失灵时通知你。