REDIS持久化的两种方式--RDB和AOF详解

RDB

将数据生成快照保存在磁盘

命令

bgsave：fork操作创建子进程，阻塞时间短

触发方式：

1. redis配置文件/etc/redis.conf中设置自动持久化

save 900 1 表示每900秒有一次修改就自动bgsave
3. 从节点执行全量复制时，主节点自动bgsave生成RDB文件发送给从节点
4. 执行debug reload时也会触发save操作
5. 默认情况下，执行shutdown时，如果没有开启AOF持久化就会自动执行bgsave进RDB持久化

bgsave流程说明：

1. 父进程判断是否存在子进程在进行持久化，如果存在就退出
2. fork操作，产生子进程后返回：background saving started。父进程已经释放。latest_fork_usec是最近一次fork操作的耗时，单位（微妙）
3. 子进程开始创建RDB文件：lastsave 可以看到最后一次save的时间
4. 结束后子进程向父进程发送信号，父进程统计信息更新info persistence

save：阻塞redis，已经废弃

RDB文件

1. 存储位置：config get dir; config get dbfilename
2. 压缩存储建议开启：config set rdbcompression yes
3. 校验文件是否损坏：工具redis-check-dump

RDB优缺点

紧凑压缩的二进制文件，加载快，适用于灾备。但是使用子进程是一个重量级操作不适合实时持久化，而且老版本无法兼容。故有了AOF（append only file）持久化方式

AOF

以独立日志的方式记录下每一个写命令，重启时在重新执行。解决了redis数据持久化的实时性问题。

开启使用

开启：config set appendonly yes
文件名：config get dir ;config get appendfilename; 默认为appendonly.aof

流程：

1. 所有的写入命令会追加到aof_buf缓冲区中
2. AOF缓冲区根据相应策略向硬盘做出同步操作
3. 需要对aof文件定期重写压缩空间
4. redis服务器重启时加载用于数据恢复

命令写入AOF文件格式

文本协议格式

例如：set hello world
写入AOF文件内：*3\r\n$3\r\nset\r\n$5\r\n\hello\r\n$5\r\nworld\r\n

优点：可读，便于修改；避免二次处理；兼容性好

文件同步策略

由参数appendfsync控制

1. always：命令写入buf后调用系统fsync操作同步到AOF文件，完成后线程返回。（不建议）
2. everysec：写入aof_buf后调用write操作写入缓冲区后即返回。每秒钟调用一次fsync操作。（默认，最多丢失2s的数据）
3. no：写入aof_buf后调用write操作写入缓冲区后即返回。同步到硬盘的工作由操作系统进行，通常是30s。（安全性无法保证，不建议）

fsync操作：强制同步到硬盘，写入硬盘后线程返回，保证了持久化。

write操作：写入文件缓冲区页后即返回，缓冲区写满或者达到特定条件后进行持久化。如果中间发生宕机，缓冲区页内的数据可能会丢失。

重写机制

将进程内的数据转化为写命令重新写入AOF文件，压缩AOF文件大小，能够更快的加载。

触发方式：
手动触发：bgrewriteaof
自动触发：根据参数：auto-aof-rewrite-min-size（运行AOF重写时的aof文件最小体积）和auto-aof-rewrite-percentage（当前aof文件体积aof_current_size和上一次文件重写后的体积aof_base_size的比值）参数确定触发时机

当aof-current-size>auto-aof-rewrite-min-size
且(aof_current_size - aof_base_size)/aof_base_size>=auto-aof-rewrite-percentage

ps: aof_current_size 和 aof_base_size通过info persistence查看

重写流程：

1. 父进程查看是否由fork操作，如无则创建子进程
2. 父进程返回响应其他命令，所有操作记录进入AOF缓冲区，并根据appendfsync策略同步到硬盘；子进程的新数据写入AOF重写缓冲区
3. 子进程根据内存快照将命令合并规则写入到新的AOF文件，每次批量写入硬盘，根据参数aof-rewrite-incremental-fsync控制，默认32M。
4. 新AOF文件写入完成后，父进程更新info统计信息
5. 父进程把AOF文件重写缓冲区中的数据写入到新的AOF文件中
6. 替换新旧文件，完成重写。

重启加载机制

优先加载AOF文件，没有的话再看RDB文件

文件校验：

对于错误的文件无法加载时可以备份后进行修复：redis-check-aof --fix

掉电等故障可能会导致aof文件尾部写入不全。参数aof-load-truncated用来兼容此情况，默认开启，如果遇到此问题忽略并继续加载，打印警告日志。

问题优化和定位

fork操作

fork操作会复制父进程的空间内存页表。例如10G的redis进程需要复制约20M的内存页表。故fork操作耗时跟进程的总内存量息息相关。

fork耗时问题定位

正常情况下fork操作每GB耗时20ms左右。
查看上一次fork操作耗时：info stats 中latest_fork_usec(单位：微秒)

如何改善fork操作耗时：

1. 使用物理机，避免使用Xen
2. 控制redis实例最大可用内存，建议10G以内。
3. 降低fork频率，适度放宽AOF自动触发时机，避免不必要的全量复制。

子进程开销

cpu

1. redis 是cpu密集型服务，子进程可以消耗掉单核cpu的90%，所以不要做cpu的单核绑定。
2. 保证只有一个子进程执行重写

内存

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2倍内存来完成持久化操作。但是linux有写时复制机制（copy-on-write），
父子进程共享相同的物理内存页，父进程处理写请求时会把修改的内存页创建副本，子进程在fork过程中共享父进程整内存快照。

重写内存消耗情况：
监控redis日志
RDB重写：copy-on-write父进程创建的副本内存
AOF重写：copy-on-write父进程创建的副本内存+AOF缓冲区所占内存

内存消耗优化:

1. 尽量保证只有一个子进程在工作
2. 避免大量写入时做子进程重写工作，会导致父进程创建的内存页副本过多，内存消耗大
3. linux有TransparentHugePage（默认开启），大页2M，当开启时复制页会从4k变到2M,会大幅增加重写期间的内存消耗。
   关闭方式：sudo echo never > /sys/kernel/mm/transaparent_hugepage/enabled

硬盘

持久化到硬盘，硬盘写入压力，命令：sar/iostat/iotop 分析当前的硬盘负载情况。
优化方式：

1. 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
2. 开启配置：no-appendfsync-on-rewrite，表示重写期间不开启fsycnc操作
3. 当开启AOF功能的redis并且应对高流量写入场景时，普通机械磁盘的吞吐在100MB/s。瓶颈是AOF同步硬盘上
4. 如果是多redis实例，可以将AOF文件存储在不同的盘上，分摊写入压力

AOF追加阻塞

AOF持久化常用的硬盘同步策略是everysec，如果系统硬盘资源繁忙，会造成redis主线程的阻塞。
主线程每隔1秒进行一次对比，如果距离上次同步成功时间>2s,堵塞主线程
所以

1. everysec可能会丢失2s的数据
2. 硬盘资源的繁忙可能会导致redis主线程的堵塞

问题定位：

1. 发生AOF阻塞时，redis日志中会输出相关内容
2. 发生阻塞时，info persistence的统计中aof_delayed_fsync指标会累加
3. iotop 可以看出硬盘的高负载问题

参考：《redis开发与运维》付磊、张益军著