redis配置和优化

一.关系型数据库与非关系型数据库

1.1关系型数据库

关系型数据库是一个结构化的数据库，创建在关系模型（二维表）基础上。SQL语句就是基于关系型数据库的语言，用于执行对关系型数据库中数据的检索。
主流的关系型数据库有：Oracle、MySQL、SQL server、DB2等等。
关系型数据库都是用表组成的结构一致便于维护，使用SQL语句也可以用于复杂的查询可以支持一个表或者多个表之间的查询。
但是关系型数据库的读写性能比较差，表的结构固定灵活性差，对于高并发读写的需求高

1.2非关系数据库

NOSQL(not only SQL)不仅仅是SQL是非关系型数据库的总称
主流的数据库有：redis、hbase、couhDB等

1.3非关系数据库与关系型数据库的区别

①数据的存储方式

关系型数据库：有固定的表的格式，所以存储数据的时候是将数据去存储到数据表中的行和列中，所以表与表之间是可以去相互关联的对于数据的查询也方便。
非关系型数据库：存储是大块组合在一起的。它通常把数据集中的存储

②拓展方式不同

要支持更多并发量，SQL数据库是纵向扩展，也就是说提高处理能力，使用速度更快速的计算机，这样处理相同的数据集就更快了。
数据存储在关系表中，操作的性能瓶颈可能涉及很多个表，这都需要通过提高计算机性能来克服。虽然SQL数据库有很大扩展空间，但最终肯定会达到纵向扩展的上限。
NoSQL数据库是横向扩展的。因为非关系型数据存储天然就是分布式的，NoSQL数据库的扩展可以通过给资源池添加更多普通的数据库服务器(节点)来分担负载。

③对事物性的支持不同

如果数据操作需要高事务性或者复杂数据查询需要控制执行计划，那么传统的SQL数据库从性能和稳定性方面考虑是你的最佳选择。
SQL数据库支持对事务原子性细粒度控制，并且易于回滚事务。
NoSQL数据库也可以使用事务操作，但稳定性方面没法和关系型数据库比较，所以它们真正闪亮的价值是在操作的扩展性和大数据量处理方面。

1.4关系型数据库与非关系数据库的特点

①非关系数据库

数据保存在缓存中，利于读取速度/查询数据
架构中位置灵活
分布式、扩展性高

②关系数据库

安全性高（持久化）
事务处理能力强
任务控制能力强
可以做日志备份、恢复、容灾的能力更强一点。

总结：
关系型数据库：
实例==>数据库==>表(table)==>记录行(row)、数据字段(column)===》存储数据

非关系型数据库：
实例==>数据库==>集合(collection)==>键值对(key-value)
非关系型数据库不需要手动建数据库和集合（表）。

二.redis概述

2.1redis简介

Redis（远程字典服务器）是一个开源的、使用 C 语言编写的 NoSQL 数据库。
Redis 基于内存运行并支持持久化，采用key-value（键值对）的存储形式，是目前分布式架构中不可或缺的一环。
Redis服务器程序是单进程模型，也就是在一台服务器上可以同时启动多个Redis进程，Redis的实际处理速度则是完全依靠于主进程的执行效率。若在服务器上只运行一个Redis进程，当多个客户端同时访问时，服务器的处理能力是会有一定程度的下降；若在同一台服务器上开启多个Redis进程，Redis在提高并发处理能力的同时会给服务器的CPU造成很大压力。即：在实际生产环境中，需要根据实际的需求来决定开启多少个Redis进程。若对高并发要求更高一些，可能会考虑在同一台服务器上开启多个进程。若CPU资源比较紧张，采用单进程即可。

2.2redis的优点和缺点

优点：

①具有极高的数据读写速度：数据读取的速度最高可达到 110000 次/s，数据写入速度最高可达到 81000 次/s。
②支持丰富的数据类型：支持 key-value、Strings字符串（可以为整型、浮点型和字符串，通称为元素）、Lists列表（实现队列，元素不唯一，先入先出原则）、Hashes：hash散列值（hash的key必须是唯一的）、Sets集合（各不相同的元素）及 Ordered Sets有序集合等数据类型操作。
③支持数据的持久化：可以将内存中的数据保存在磁盘中，重启的时候可以再次加载进行使用。
④原子性：Redis 所有操作都是原子性的。
⑤支持数据备份：即 master-salve 模式的数据备份。

缺点：

数据容量收到物理内存的限制，不能用于海量数据的高性能读写，因此Redis适合的场景主要局限在较小数据量的高性能操作和运算上。

三.redis部署与命令工具

3.1redis安装部署

#关闭防火墙和增强功能
systemctl stop firewalld
setenforce 0

yum install -y gcc gcc-c++ make

#准备好redis的安装包，编译安装
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#由于Redis源码包中直接提供了 Makefile 文件，所以在解压完软件包后，不用先执行 ./configure 进行配置，可直接执行 make 与 make install 命令进行安装。

#执行软件包提供的 install_server.sh 脚本文件设置 Redis 服务所需要的相关配置文件
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
......                    #一直回车
#需要手动修改为 /usr/local/redis/bin/redis-server ，注意要一次性正确输入
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server

###详解#################################################
Selected config:
Port           : 6379               #默认侦听端口为6379
Config file    : /etc/redis/6379.conf       #配置文件路径
Log file       : /var/log/redis_6379.log      #日志文件路径
Data dir       : /var/lib/redis/6379        #数据文件路径
Executable     : /usr/local/redis/bin/redis-server  #可执行文件路径
Cli Executable : /usr/local/bin/redis-cli     #客户端命令工具

3.2redis文件配置

#做软连接识别
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/   
 
/etc/init.d/redis_6379 stop       //停止
/etc/init.d/redis_6379 start      //启动
/etc/init.d/redis_6379 restart      //重启
/etc/init.d/redis_6379 status     //状态

#修改配置 /etc/redis/6379.conf 参数
vim /etc/redis/6379.conf
bind 127.0.0.1 192.168.61.100               #70行，添加 监听的主机地址
port 6379                                    #93行，Redis默认的监听端口
daemonize yes                                #137行，启用守护进程
pidfile /var/run/redis_6379.pid                #159行，指定 PID 文件
loglevel notice                                #167行，日志级别
logfile /var/log/redis_6379.log                #172行，指定日志文件

/etc/init.d/redis_6379 restart

3.3redis命令工具

redis-server    用于启动 Redis 的工具
redis-benchmark   用于检测 Redis 在本机的运行效率
redis-check-aof   修复 AOF 持久化文件
redis-check-rdb   修复 RDB 持久化文件
redis-cli     Redis命令行工具

#####redis-cli 命令行工具###########
语法：redis-cli -h host -p port -a password
-h ：指定远程主机
-p ：指定 Redis 服务的端口号
-a ：指定密码，未设置数据库密码可以省略-a 选项
若不添加任何选项表示，则使用 127.0.0.1:6379 连接本机上的 Redis 数据库

redis-cli -h 192.168.61.100 -p 6379

3.4redis-benchmark 测试工具

redis-benchmark 是官方自带的 Redis 性能测试工具，可以有效的测试 Redis 服务的性能。

基本的测试语法：redis-benchmark [选项] [选项值]

-h    指定服务器主机名。
-p    指定服务器端口。
-s    指定服务器 socket
-c    指定并发连接数。
-n    指定请求数。
-d    以字节的形式指定 SET/GET 值的数据大小。
-k    1=keep alive 0=reconnect 。
-r    SET/GET/INCR 使用随机 key, SADD 使用随机值。
-P    通过管道传输请求。
-q     强制退出 redis。仅显示 query/sec 值。
-csv    以 CSV 格式输出。
-l    生成循环，永久执行测试。
-t    仅运行以逗号分隔的测试命令列表。
-I    Idle 模式。仅打开 N 个 idle 连接并等待。

对IP 地址为 192.168.61.100，端口为 6379 的 Redis 服务器进行测试

#发送 100 个并发连接与 100000 个请求测试性能
redis-benchmark -h 192.168.61.100 -p 6379 -c 100 -n 100000

#测试存取大小为 500 字节的数据包的性能 
redis-benchmark -h 192.168.61.100 -p 6379 -q -d 500

#测试本机上 Redis 服务在进行 set 与 lpush 操作时的性能 
redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q

四.redis数据库常用命令

set   存放数据，命令格式为 set key value
get   获取数据，命令格式为 get key
keys  命令可以取符合规则的键值列表，通常情况可以结合*、?等选项来使用。
exists  命令可以判断键值是否存在。
del   命令可以删除当前数据库的指定 key。
type  命令可以获取 key 对应的 value 值类型。

4.1数据的存放和获取

4.2查看键操作

4.3删除键操作

五.redis高可用

在web服务器中，高可用是指服务器可以正常访问的时间，衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务（99.9%、99.99%、99.999%等等）。
但是在Redis语境中，高可用的含义似乎要宽泛一些，除了保证提供正常服务（如主从分离、快速容灾技术），还需要考虑数据容量的扩展、数据安全不会丢失等。
在Redis中，实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和 Cluster集群，下面分别说明它们的作用，以及解决了什么样的问题。

持久化：持久化是最简单的高可用方法(有时甚至不被归为高可用的手段)，主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘，保证数据不会因进程退出而丢失。
 
主从复制：主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。
         缺陷：故障恢复无法自动化；写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
 
哨兵：在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
 
集群：通过集群，Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方

六.redis持久化

持久化的功能：Redis是内存数据库，数据都是存储在内存中，为了避免服务器断电等原因导致Redis进程异常退出后数据的永久丢失，需要定期将Redis中的数据以某种形式（数据或命令）从内存保存到硬盘。
当下次Redis重启时，利用持久化文件实现数据恢复。除此之外，为了进行灾难备份，可以将持久化文件拷贝到一个远程位置。
redi持久化有两种方式：RDB持久化与AOF持久化

RDB 持久化：原理是将 Reids在内存中的数据库记录定时保存到磁盘上。

AOF 持久化（append only file）：原理是将 Reids 的操作日志以追加的方式写入文件，类似于MySQL的binlog。

由于AOF持久化的实时性更好，即当进程意外退出时丢失的数据更少，因此AOF是目前主流的持久化方式，不过RDB持久化仍然有其用武之地。

6.1RDB持久化

RDB持久化是指在指定的时间间隔内将内存中当前进程中的数据生成快照保存到硬盘(因此也称作快照持久化)，用二进制压缩存储，保存的文件后缀是rdb；当Redis重新启动时，可以读取快照文件恢复数据。

6.1.1RDB触发条件

RDB持久化的触发分为手动触发和自动触发两种

（1）手动触发

save命令和bgsave命令都可以生成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，在Redis服务器阻塞期间，服务器不能处理任何命令请求。
而bgsave命令会创建一个子进程，由子进程来负责创建RDB文件，父进程(即Redis主进程)则继续处理请求。
bgsave命令执行过程中，只有fork子进程时会阻塞服务器，而对于save命令，整个过程都会阻塞服务器，因此save已基本被废弃，线上环境要杜绝save的使用。

（2）自动触发

在自动触发RDB持久化时，Redis也会选择bgsave而不是save来进行持久化。

save m n
 
自动触发最常见的情况是在配置文件中通过save m n，指定当m秒内发生n次变化时，会触发bgsave。
 
vim /etc/redis/6379.conf
 
219行以下三个save条件满足任意一个时，都会引起bgsave的调用
save 900 1 ：当时间到900秒时，如果redis数据发生了至少1次变化，则执行bgsave
save 300 10 ：当时间到300秒时，如果redis数据发生了至少10次变化，则执行bgsave
save 60 10000 ：当时间到60秒时，如果redis数据发生了至少10000次变化，则执行bgsave
 
254行指定RDB文件名
dbfilename dump.rdb
 
264行指定RDB文件和AOF文件所在目录
dir /var/lib/redis/6379
 
242行是否开启RDB文件压缩
rdbcompression yes
 
其他自动触发机制
 
除了save m n 以外，还有一些其他情况会触发bgsave：
●在主从复制场景下，如果从节点执行全量复制操作，则主节点会执行bgsave命令，并将rdb文件发送给从节点。
●执行shutdown命令时，自动执行rdb持久化。

6.1.2RDB执行流程

1.Redis父进程首先判断：当前是否在执行save，或bgsave/bgrewriteaof的子进程，如果在执行则bgsave命令直接返回。 bgsave/bgrewriteaof的子进程不能同时执行，主要是基于性能方面的考虑：两个并发的子进程同时执行大量的磁盘写操作，可能引起严重的性能问题。
2.父进程执行fork操作创建子进程，这个过程中父进程是阻塞的，Redis不能执行来自客户端的任何命令
3.父进程fork后，bgsave命令返回”Background saving started”信息并不再阻塞父进程，并可以响应其他命令
4.子进程创建RDB文件，根据父进程内存快照生成临时快照文件，完成后对原有文件进行原子替换
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

6.1.3RDB启动时加载

RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的，并没有专门的命令。
但是由于AOF的优先级更高，因此当AOF开启时，Redis会优先载入 AOF文件来恢复数据；只有当AOF关闭时，才会在Redis服务器启动时检测RDB文件，并自动载入。服务器载入RDB文件期间处于阻塞状态，直到载入完成为止。
Redis载入RDB文件时，会对RDB文件进行校验，如果文件损坏，则日志中会打印错误，Redis启动失败。

6.2AOF持久化

RDB持久化是将进程数据写入文件，而AOF持久化，则是将Redis执行的每次写、删除命令记录到单独的日志文件中，查询操作不会记录；当Redis重启时再次执行AOF文件中的命令来恢复数据。
与RDB相比，AOF的实时性更好，因此已成为主流的持久化方案。

6.2.1AOF的开启

Redis服务器默认开启RDB，关闭AOF
要开启AOF，需要在配置文件中配置

vim /etc/redis/6379.conf
 
#700行修改，开启AOF
appendonly yes
 
#704行指定AOF文件名称
appendfilename "appendonly.aof"
 
#796行是否忽略最后一条可能存在问题的指令
aof-load-truncated yes
 
/etc/init.d/redis_6379 restart

6.2.2AOF执行流程

1 Redis父进程首先判断当前是否存在正在执行bgsave/bgrewriteaof的子进程，如果存在则bgrewriteaof命令直接返回，如果存在 bgsave命令则等bgsave执行完成后再执行。
2 父进程执行fork操作创建子进程，这个过程中父进程是阻塞的。
3.1 父进程fork后，bgrewriteaof命令返回”Background append only file rewrite started”信息并不再阻塞父进程，并可以响应其他命令。Redis的所有写命令依然写入AOF缓冲区，并根据appendfsync策略同步到硬盘，保证原有AOF机制的正确。
3.2 由于fork操作使用写时复制技术，子进程只能共享fork操作时的内存数据。由于父进程依然在响应命令，因此Redis使用AOF重写缓冲区(aof_rewrite_buf)保存这部分数据，防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据。也就是说，bgrewriteaof执行期间，Redis的写命令同时追加到aof_buf和aof_rewirte_buf两个缓冲区。
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。
5.1 子进程写完新的AOF文件后，向父进程发信号，父进程更新统计信息，具体可以通过info persistence查看。
5.2 父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件，这样就保证了新AOF文件所保存的数据库状态和服务器当前状态一致。
5.3 使用新的AOF文件替换老文件，完成AOF重写。

由于需要记录Redis的每条写命令，因此AOF不需要触发

执行流程包括：

①命令追加(append)：将Redis的写命令追加到缓冲区aof_buf；

②文件写入(write)和文件同步(sync)：根据不同的同步策略将aof_buf中的内容同步到硬盘；

③文件重写(rewrite)：定期重写AOF文件，达到压缩的目的。

6.2.3AOF启动时加载

当AOF开启时，Redis启动时会优先载入AOF文件来恢复数据；只有当AOF关闭时，才会载入RDB文件恢复数据。
当AOF开启，但AOF文件不存在时，即使RDB文件存在也不会加载。
Redis载入AOF文件时，会对AOF文件进行校验，如果文件损坏，则日志中会打印错误，Redis启动失败。但如果是AOF文件结尾不完整(机器突然宕机等容易导致文件尾部不完整)，且aof-load-truncated参数开启，则日志中会输出警告，Redis忽略掉AOF文件的尾部，启动成功。aof-load-truncated参数默认是开启的。

6.3RDB化和AOF的优点和缺点

①RDB持久化

优点：RDB文件紧凑，体积小，网络传输快，适合全量复制；恢复速度比AOF快很多。当然，与AOF相比，RDB最重要的优点之一是对性能的影响相对较小。
缺点：RDB文件的致命缺点在于其数据快照的持久化方式决定了必然做不到实时持久化，而在数据越来越重要的今天，数据的大量丢失很多时候是无法接受的，因此AOF持久化成为主流。此外，RDB文件需要满足特定格式，兼容性差（如老版本的Redis不兼容新版本的RDB文件）。
对于RDB持久化，一方面是bgsave在进行fork操作时Redis主进程会阻塞，另一方面，子进程向硬盘写数据也会带来IO压力。

②AOF持久化

优点：与RDB持久化相对应，AOF的优点在于支持秒级持久化、兼容性好，缺点是文件大、恢复速度慢、对性能影响大。
缺点：对于AOF持久化，向硬盘写数据的频率大大提高(everysec策略下为秒级)，IO压力更大，甚至可能造成AOF追加阻塞问题。
AOF文件的重写与RDB的bgsave类似，会有fork时的阻塞和子进程的IO压力问题。相对来说，由于AOF向硬盘中写数据的频率更高，因此对 Redis主进程性能的影响会更大。

七.redis性能管理

7.1查看内存的使用

----- 查看Redis内存使用 -----
redis-cli -h 192.168.61.100 -p 6379
192.168.61.100:6379> info memory

操系统分配的内存值used_memory_rss除以Redis使用的内存值used_memory计算得出内存碎片是由操作系统低效的分配/回收物理内存导致的（不连续的物理内存分配）

跟踪内存碎片率对理解Redis实例的资源性能是非常重要的：

内存碎片率稍大于1是合理的，这个值表示内存碎片率比较低
内存碎片率超过1.5，说明Redis消耗了实际需要物理内存的150%，其中50%是内存碎片率。需要在redis-cli工具上输入shutdown save 命令，并重启 Redis 服务器。
内存碎片率低于1的，说明Redis内存分配超出了物理内存，操作系统正在进行内存交换。需要增加可用物理内存或减少 Redis 内存占用。

7.2内存的使用率

rdis实例的内存使用率超过可用最大内存，操作系统将开始进行内存与swap空间交换。

#避免内存交换发生的方法：

针对缓存数据大小选择安装 Redis 实例
尽可能的使用Hash数据结构存储
设置key的过期时间

7.3内回收key

内存清理策略，保证合理分配redis有限的内存资源。

当达到设置的最大阀值时，需选择一种key的回收策略，默认情况下回收策略是禁止删除。
配置文件中修改 maxmemory-policy 属性值：

vim /etc/redis/6379.conf
--598取消注释--
maxmemory-policy noenviction

volatile-lru：使用LRU算法从已设置过期时间的数据集合中淘汰数据(移除最近最少使用的key，针对设置了TTL的key)
volatile-ttl：从已设置过期时间的数据集合中挑选即将过期的数据淘汰（移除最近过期的key）
volatile-random：从已设置过期时间的数据集合中随机挑选数据淘汰（在设置了TTL的key里随机移除）
allkeys-lru：使用LRU算法从所有数据集合中淘汰数据（移除最少使用的key，针对所有的key）
allkeys-random：从数据集合中任意选择数据淘汰（随机移除key）
noenviction：禁止淘汰数据（不删除直到写满时报错）

posted @ 2022-12-16 16:35 索罗大魔王阅读(141) 评论(0) 编辑收藏举报

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