redis持久化的认识和使用注意点

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        持久化

redis支持rdb和aof 俩种持久化机制，持久化功能有效地避免因进程退出造成的数据丢失问题，当下重启时利用之前持久化的文件即可实现数据恢复。理解掌握持久化机制对于redis运维非常重要。

 

AOF

持久化：避免进程退出而造成数据丢失，瑕疵重启时利用持久化文件实现·数据恢复

RDB

把当前的进程数据生成快照保存到硬盘的过程，有手动触发，和自动触发

手动触发：

分别对应save bgsave 命令

 阻塞当前redis,直到rdb过程完成位置

bgsave ： redis过程执行fork操作创建子进程，rdb持久化过程有子进程负责，完成自动退出。

 

自动触发：  夜间执行

save   m  n

 四种情况 ：

1、m秒内数据集存在n次的修改时，自动触发bgsave

 2、如果从节点执行全量操作，主节点自动执行bgsave，形成RDB的文件发给其他节点

3、执行 debug reload命令重新加载redis时，也会自动触发save操作

4、执行shtudown时，如果AOF持久化没有开启，则自动执行bgsave

 

bgsave    全量复制

 lastsave   获取最后一次生成RDB的时间

info persistence统计时间

 

rdis自动触发的过程

1、判断当前是否存在rdb文件

2、选择rdb作自动触发时，执行fork操作会产生子进程，会阻塞

可以通过 info stats命令查看 latest_fork_usec  获取最近fork的耗时，单位为微妙

3、父进程forke完成之后，bgsave命令返回 “Backgroup  saving started”信息，并不在阻塞父进程，可以进行响应其他命令。

4、父进程一直执行其他响应，子进程生成rdb文件（临时快照文件），完成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。

 

RDB文件的三种处理

1、配置文件 ：

在压缩包下 可以在redis.conf下修改

查找rdb

可以修改文件名

和文件路径

重启生效

 

2、命令修改config set 生成文件名跟路径，

config dbfilename 名字+.rdb

默认保存在dump.rdb 的二进制文件里面

3、lzf算法进行压缩   特别消耗cpu

config set rdbcompression（yes | no）  默认为开启

动态进行修改

 

RDB的优缺点

 

优点 ：

1、RDB是一个紧凑压缩的二进制文件，代表的实在某个时间的数据快照。 非常适合 备份，全量复制。比如数据丢失可以使用rdb 进行数据恢复

2、redis加载RDB恢复数据速度快于aof

 

缺点：

1、RDB数据没办法实现实时的持久化/秒级的持久化

2、rdb文件使用特定的二进制格式保存，存在老版本redis无法兼容新版本redis格式的问题

针对rdb不适合实时持久化的问题，redis提供了 AOF持久化方式来解决

 

 

 

AOF（append only file）持久化

以独立日至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，恢复数据、

主要作用是： 解决了数据持久化的实时性。

vim redis.conf

 

aof使用的流程：

1、append 命令写入 aof_buf（缓冲区）

2、sync 同步到缓冲区，根据对应的策略，向磁盘中同步

3、rewirte 重写功能     对AOF文件进行重写，打到压缩的目的

4、load  重新加载，当服务器重启时，可以加载AOF文件进行数据恢复

appensync

AOF像磁盘同步的三种策略

always  ：懂事

命令写入aof buf 后条用系统fsync操作同步到AOF文件，fsync完成后线程返回

一般不采用 always

everysec  ：每次

命令写入aof——buf后条用一同write操作，write完成后线程返回，fsync同步文件操作由

专门线程每秒调用一次，写入磁盘

（一般建议选这个，数据性安全的平衡）

no ：不

命令写入aof——buf后调用系统write操作，不对AOF文件做fsync同步，同步硬盘操作有操作系统负责、通常同步周期最长30秒（对线上不采用no）

用文本 格式 是兼容性问题

注意 ：

rsync ： 针对单个文件操作，做强制硬盘同步，fsync将阻塞直到写入磁盘完成后返回，保证数据持久化：

write ： 触发延迟写机制

重写机制  目的是压缩

实际上是吧redis进程内的数据转化为写命令同步到AOF

文件的该过程

重写后文件变小的原因

1、进程内已经超时的数据不在写入文件

2、旧的AOF文件含有无效命令。重写使用进程内数据直接和生成，这样新的的AOF文件爱只保留最终数据的写入命令

3、多条写入命令可以合并成一个

为了防止多条命令过大造成客户端缓冲溢出，对于list、set、hash、zset等类型操作，以64各元素为界限

 

AOF重写降低了文件占用空间，更小的AOF文件可以更快地被redis加载

AOF触发方式

手动触发  ：直接调用 bgrewriteaof命令

自动触发    根据

 auto-aof-rewrite-min-size 64MB  ： 表示AOF重写文件最小的体积，默认64MB

和 suto-aof-rewrite-percentage   ： 代表 AOF文件空间和上次重写后文件空间的比值

参数确定自动触发时机 。

 

 

AOF持久化的过程 ：

 

1、执行AOF请求命令

2、会把任务交给一个进程 父进程

父进程需要通过 fork生成 一个子进程来实现自己下级任务

3、缓冲区     和rewrite 重写   产生AOF文件 和 新文件

4、然后父进程通过aof 实行   压缩的命令与子进程共同生成一个新的文件，并且合并

然后删除掉原来的旧文件 写入新的缓存文件。（覆盖、替换、均可）

5、子进程返回父进程完成任务的信息

查看信息  info persistennce

AOF重启加载

1、重启完成redis

2、判断是否开启

3、判断是否存在RDB文件

4、如果存在则执行，并且启动成功，如果不存在，则启动失败。执行第5 步

5、判断AOF文件是否存在

6、如果存在则执行，启动成功

问题定位于优化

持久化文件的优化

fork操作 ：

fork  耗时时间问题定位

如何改善 ：

1、优先使用物理机 或者高效操作的虚拟化技术，避免使用xen

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实例内控制在10GB左右

3、合理配置linux内存分配策略，避免物理村村不足导致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

CPU

（1）、开销分析 ： 子进程负责吧进程内的数据分批写入文件，这个过程属于cpu秘籍操作，通常子进程对单核

（2）cpu消耗优化 ： redis是cpu密集型服务，不要做绑定单核cpu操作

内存

硬盘

 

 

 

fork耗时问题定位：

正常耗时是每GB20毫秒左右

如何改善fork操作的耗时：

1）优先使用物理机或者高效支持fork操作的虚拟化技术，避免使用Xen。

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。

 

子进程的开销与监控和优化：

子进程负责AOF或者RDB文件的重写，它的运行过程主要涉及CPU、内存、硬盘三部分的消耗。

1.·CPU开销分析。

子进程负责把进程内的数据分批写入文件，这个过程属于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。

Redis是CPU密集型服务，不要做绑定单核CPU操作。

由于子进程非常消耗CPU，会和父进程产生单核资源竞争。 不要和其他CPU密集型服务部署在一起，造成CPU过度竞争。

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。

2内存

·内存消耗分析。子进程通过fork操作产生，占用内存大小等同于父进程，理论上需要两倍的内存来完成持久化操作，但Linux有写时复制机制（copy-on-write）。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。

运维提示

编写shell脚本根据Redis日志可快速定位子进程重写期间内存过度消耗情况。

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。

Linux kernel在2.6.38内核增加了Transparent Huge Pages（THP），支持huge page（2MB）的页分配，默认开启。当开启时可以降低fork创建子进程的速度，但执行fork之后，如果开启THP，复制页单位从原来4KB变为2MB，会大幅增加重写期间父进程内存消耗。建议设置“sudo echo never>/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled”关闭THP

3硬盘 ·

硬盘开销分析。子进程主要职责是把AOF或者RDB文件写入硬盘持久化。势必造成硬盘写入压力。根据Redis重写AOF/RDB的数据量，结合系统工具如sar、iostat、iotop等，可分析出重写期间硬盘负载情况。 ·硬盘开销优化。优化方法

a）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。

b）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。

c）当开启AOF功能的Redis用于高流量写入场景时，如果使用普通机械磁盘，写入吞吐一般在100MB/s左右，这时Redis实例的瓶颈主要在AOF同步硬盘上。

d）对于单机配置多个Redis实例的情况，可以配置不同实例分盘存储AOF文件，分摊硬盘写入压力。

 

AOF追加阻塞

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。

·如果距上次同步成功时间超过2秒，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）发生AOF阻塞时，Redis输出如下日志，用于记录AOF fsync阻塞导致拖慢Redis服务的行为： Asynchronous AOF fsync is taking too long (disk is busy). Writing the AOF buffer

without waiting for fsync to complete, this may slow down Redis

2）每当发生AOF追加阻塞事件发生时，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。

3）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。

优化在上方红字体，磁盘

 

 

 

 

 

多实例的部署

单机多实例的部署，如果同一时刻运行多个子进程，对当前系统影响将非常明显，因此需要采取措施，把子进程进行工作隔离。

流程说明：

1。外部程序定时轮询监控机器。

2.对于开启aof实例的查看：（aof_current_size-aof_base_size） / aof_base_size 确认增长率

3.当增长率超过特定阀值，执行bgrewriteaof命令手动触发当前实例的重写。

4.运行期间循环检查，aof_rewirte_in_progress and aof_current_rewrite_time_sec指标，确认知道aof重写结束

5.确认实例aof重写完成后，在坚持其他实例在repeat2-4操作。从而确保机器内每一个实例aof重写串行化执行。

 

 

 

 

 

定义：

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。

 

配置：

开启AOF功能需要设置配置：appendonly yes，默认不开启。AOF文件名通过appendfilename配置设置，默认文件名是appendonly.aof。保存路径同RDB持久化方式一致，通过dir配置指定。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）

流程如下：

一）所有的写入命令会追加到aof_buf（缓冲区）中。

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。

 

二）AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作。

Redis提供了多种AOF缓冲区同步文件策略，由参数appendfsync控制

可选配置	说明
always	命令写入aof buf后调用系统fsync操作同步到aof文件，fsync完成后线程返回
everysync	命令写入aof buf后调用系统write操作，write完成后线程返回，fsync同步文件操作有专门线程每秒调用一次
no	命令写入aof buf后调用系统write操作，不对aof文件坐fsync同步，同步硬盘操作由操作系统负责，通常同步周期最长30s

系统调用write和fsync说明：

·write操作会触发延迟写（delayed write）机制。Linux在内核提供页缓冲区用来提高硬盘IO性能。write操作在写入系统缓冲区后直接返回。同步硬盘操作依赖于系统调度机制，例如：缓冲区页空间写满或达到特定时间周期。同步文件之前，如果此时系统故障宕机，缓冲区内数据将丢失。

·fsync针对单个文件操作（比如AOF文件），做强制硬盘同步，fsync将阻塞直到写入硬盘完成后返回，保证了数据持久化。

·配置为always时，每次写入都要同步AOF文件，在一般的SATA硬盘上，Redis只能支持大约几百TPS写入，显然跟Redis高性能特性背道而驰，不建议配置。

·配置为no，由于操作系统每次同步AOF文件的周期不可控，而且会加大每次同步硬盘的数据量，虽然提升了性能，但数据安全性无法保证。

·配置为everysec，是建议的同步策略，也是默认配置，做到兼顾性能和数据安全性。理论上只有在系统突然宕机的情况下丢失1秒的数据。

三）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。

重写后的AOF文件为什么可以变小？有如下原因：

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。 AOF重写降低了文件占用空间，除此之外，另一个目的是：

更小的AOF文件可以更快地被Redis加载。

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。

·auto-aof-rewrite-min-size：表示运行AOF重写时文件最小体积，默认为64MB。

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

当触发AOF重写时，内部做了哪些事呢？

流程说明： 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。

4）当Redis服务器重启时，可以加载AOF文件进行数据恢复。

流程说明：

1）AOF持久化开启且存在AOF文件时，优先加载AOF文件，打印如下日志：

* DB loaded from append only file: 5.841 seconds

2）AOF关闭或者AOF文件不存在时，加载RDB文件，打印如下日志：

* DB loaded from disk: 5.586 seconds

3）加载AOF/RDB文件成功后，Redis启动成功。

4）AOF/RDB文件存在错误时，Redis启动失败并打印错误信息。

运维提示

对于错误格式的AOF文件，先进行备份，然后采用redis-check-aof--fix命令进行修复，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。

AOF文件可能存在结尾不完整的情况，比如机器突然掉电导致AOF尾部文件命令写入不全。Redis为我们提供了aof-load-truncated配置来兼容这种情况，默认开启。加载AOF时，当遇到此问题时会忽略并继续启动，同时打印如下警告日志：

# !!! Warning: short read while loading the AOF file !!!

# !!! Truncating the AOF at offset 397856725 !!!

# AOF loaded anyway because aof-load-truncated is enabled

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