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(和同步),以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。
哨兵: 在主从复制的基础上,哨兵实现了自动化的故障恢复。(主挂了,找一个从成为新的主,哨兵节点进行监控)
Cluster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案。(6台起步,成双成对,3主3从)
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。
灾难备份:一般做异地备份,发生灾难后切换节点。例如本来使用上海的数据库,现在使用切换到重庆的
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。(RDB体积小,恢复速度更快。对性能影响较小。)
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
RDB持久化的触发分为手动触发和自动触发两种。
save命令和bgsave命令都可以生成RDB文件。
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。
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
redis配置文件
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
除了savemn以外,还有一些其他情况会触发bgsave:
(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。
(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。(原子替换:文件整体替换,要么都发生,要么都不发生)
(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。
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。(重放命令进行恢复)
与RDB相比,AOF的实时性更好,因此已成为主流的持久化方案
Redis服务器默认开启RDB,关闭AOF的, 要开启AOF,需要在/etc/redis/6379.conf
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 #重启服务
#查看redis
ls /var/lib/redis/6379/
由于需要记录Redis的每条写命令,因此AOF不需要触发,下面介绍AOF的执行流程
AOF的执行流程包括:
命令追加(append) :将Redis的写 命令追加到缓冲区aof_ buf;
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;
文件重写(rewrite) :定期重写AOF文件,达到压缩的目的。(将过期数据、无效命令、多条命令,进行压缩或删除)
Redis先将写命令追加到缓冲区,而不是直接写入文件,主要是为了避免每次有写命令都直接写入硬盘,导致硬盘IO成为Redis负载的瓶颈。
命令追加的格式是Redis命令请求的协议格式,它是一种纯文本格式,具有兼容性好、可读性强、容易处理、操作简单避免二次开销等优点。
在AOF文件中,除了用于指定数据库的select命令(如select 0为选中0号数据库)是由Redis添加的, 其他都是客户端发送来的写命令。
Redis提供了多种AOF缓存区的同步文件策略,策略涉及到操作系统的write函数和fsync函数,说明如下:
AOF缓存区的同步文件策略存在三种同步方式,它们分别是:
appendfsync always:命令写入aof_buf后立即调用系统fsync操作同步到AOF文件。安全性高,性能低。
appendfsync no:当缓冲区被填满或超过了指定时限后(默认30秒),才将缓冲区的数据写入到硬盘里。性能高,但安全性低。
appendfsync everysec:每秒同步一次,是性能和数据安全性的平衡,因此是Redis的默认配置
vim /etc/redis/6379.conf
----729行----
729 # appendfsync always
730 appendfsync everysec
731 # appendfsync no
------------------------以下是注释----------------------------------------------------
● appendfsync always:
#命令写入aof_buf后立即调用系统fsync操作同步到AOF文件,fsync完成后线程返回。
这种情况下,每次有写命令都要同步到AOF文件,硬盘IO成为性能瓶颈,Redis只能支持大约几百TPS写入,严重降低了Redis的性能;
即便是使用固态硬盘(SSD) ,每秒大约也只能处理几万个命令,而且会大大降低SSD的寿命。
(安全性高,性能低。)
● appendfsync no:
#命令写入aof_buf后调用系统write操作,不对AOF文件做fsync同步;
同步由操作系统负责,通常同步周期为30秒。
这种情况下,文件同步的时间不可控,且缓冲区中堆积的数据会很多,数据安全性无法保证。
(当缓冲区被填满或超过了指定时限后,才将缓冲区的数据写入到硬盘里。性能高,但安全性低。)
● appendfsync everysec:
#命令写入aof_buf后调用系统write操作,write完成后线程返回; fsync同步文件操作由专门的线程每秒调用一次。
everysec是前述两种策略的折中,是性能和数据安全性的平衡,因此是Redis的默认配置,也是我们推荐的配置。
(同时保证了数据安全和性能的需求)
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注意:
重写会消耗性能,影响业务,不能在业务高峰期进行重写。所以一般会关闭自动重写,由定时任务在每天的某一时刻定时执行重写功能。
文件重写之所以能够压缩AOF文件,原因在于:
rewrite之后aof文件会保存keys的最后状态,清除掉之前冗余的,来缩小这个文件。
通过上述内容可以看出,由于重写后AOF执行的命令减少了,文件重写既可以减少文件占用的空间,也可以加快恢复速度。
文件重写的触发,分为手动触发和自动触发:
文件重写的触发,分为手动触发和自动触发:
手动触发: 直接调用bgrewriteaof命令,该命令的执行与bgsave有些类似:都是fork子进程进行具体的工作,且都只有在fork时阻塞。
自动触发: 通过设置auto-aof-rewrite-min-size选项和auto-aof-rewrite-percentage选项来自动执行BGREWRITEAOF。
只有当auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage两个选项同时满足时,才会自动触发AOF重写,即bgrewriteaof操作
vim /etc/redis/6379.conf
----771行----
771 auto-aof-rewrite-percentage 100
772 auto-aof-rewrite-min-size 64mb
-----------------------以下是注释--------------------------------
● auto-aof-rewrite-percentage 100
#文件的大小超过基准百分之多少后触发bgrewriteaof。默认这个值设置为100,意味着当前aof是基准大小的两倍的时候触发bgrewriteaof。把它设置为0可以禁用自动触发的功能。
#即当前AOF文件大小(即aof_current_size)是上次日志重写时AOF文件大小(aof_base_size)两倍时,发生BGREWRITEAOF操作。
#注意:例如上次文件达到100M进行重写,那么这次需要达到200M时才进行重写。文件需要越来越大,所以一般不使用自动重写。如果使用自动重写,需要定期手动重写干预一次,让文件要求恢复到100M。
● auto-aof-rewrite-min-size 64mb #当文件大于64M时才会进行重写
#当前aof文件大于多少字节后才触发。
#当前AOF文件执行BGREWRITEAOF命令的最小值,避免刚开始启动Reids时由于文件尺寸较小导致频繁的BGREWRITEAOF
关于文件重写的流程,有两点需要特别注意:
文件重写的流程如下:
(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。(正常情况下使用AOF就会使用AOF进行记录,不会使用RDB。主从复制时会自动触发bgsave命令)
(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(无法接受任何客户端的请求)。
(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。 (保证新写入的数据不丢失)
(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。(替换是原子性的)
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
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。
(体积小,恢复速度更快,对性能影响较小。)
缺点:
(实时性差、兼容性差、在fork子进程时会阻塞父进程。)
方法一:进入redis数据库查看
redis-cli
127.0.0.1:6379> info memory
方法二:命令行查看
redis-cli info memory
内存碎片率=Redis向操作系统申请的内存 / Redis中的数据占用的内存
mem_fragmentation_ratio = used_memory_rss / used_memory
mem_fragmentation_ratio:内存碎片率。
used_memory_rss:是Redis向操作系统申请的内存。
used_memory:是Redis中的数据占用的内存。
used_memory_peak:redis内存使用的峰值。
Redis内部有自已的内存管理器,为了提高内存使用的效率,来对内存的申请和释放进行管理。
Redis中的值删除的时候,并没有把内存直接释放、交还给操作系统,而是交给了Redis内部有内存管理器。
Redis中申请内存的时候,也是先看自己的内存管理器中是否有足够的内存可用。
Redis的这种机制,提高了内存的使用率,但是会使Redis中有部分自己没在用,却不释放的内存,导致了内存碎片的发生。
跟踪内存碎片率,对理解Redis实例的资源性能是非常重要的:
内存碎片率在1到1.5之间是正常的,这个值表示内存碎片率比较低,也说明Redis 没有发生内存交换。
内存碎片率超过1.5,说明Redis消耗了实际需要的物理内存的150%,其中50%是内存碎片率。
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(使用虚拟内存,会降低性能)。需要增加可用物理内存或减少Redis内存占用
如果你的Redis版本是4.0以下的,需要在redis-cli 工具上输入shutdown save命令,让Redis数据库执行保存操作并关闭Redis服务,再重启服务器。Redis服务器重启后,Redis 会将没用的内存归还给操作系统,碎片率会降下来。
Redis4.0版本开始,可以在不重启的情况下,线上整理内存碎片,将未使用的内存归还给操作系统
config set activedefrag yes #自动碎片清理
memory purge #手动碎片清理
redis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:
内存清理策略,保证合理分配redis有限的内存资源。
当内存使用达到设置的最大阈值时,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(noenviction)。
配置文件中修改 maxmemory-policy 属性值:
vim /etc/redis/6379.conf
---598行----
maxmemory-policy noenviction #修改max-memory-policy属性值
##回收策略有以下几种:##
●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)
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设置客户端连接超时时间、客户端最大连接数、自动碎片清理、最大内存阀值、key回收策略
vim /etc/redis/6379.conf
-----114行------
114 timeout 0
#单位为秒(s),取值范围为0~100000。默认值为0,表示无限制,即Redis不会主动断开连接,即使这个客户端已经空闲了很长时间。
#例如可设置为600,则客户端空闲10分钟后,Redis会主动断开连接。
#注意:在实际运行中,为了提高性能,Redis不一定会精确地按照timeout的值规定的时间来断开符合条件的空闲连接,例如设置timeout为10s,但空闲连接可能在12s后,服务器中新增很多连接时才会被断开。
redis客户端最大连接数默认为10000。
vim /etc/redis/6379.conf
-----540行------
540 # maxclients 10000 #若不设置,默认是10000
查看 redis 当前连接数:
[root@yuji ~]# redis-cli
127.0.0.1:6379> info clients #查看redis当前连接数
# Clients
connected_clients:1 #redis当前连接数的为1
client_recent_max_input_buffer:2
client_recent_max_output_buffer:0
blocked_clients:0
查看 redis 允许的最大连接数:
127.0.0.1:6379> config get maxclients
1) "maxclients"
2) "10000" #redis允许的最大连接数默认为10000
config set activedefrag yes #自动碎片清理
memory purge #手动碎片清理
内存阈值如果不设置,则没有限制,直到把服务器的内存干满、之后会使用交换分区。
设置内存阈值后,不会使用swap交换分区。且如果设置了key回收策略,当内存使用达到设置的最大阈值时,系统会进行key回收
vim /etc/redis/6379.conf
-----567行------
567 # maxmemory
568 maxmemory 1gb #例如设置最大内存阈值为1gb
当内存使用达到设置的最大阈值时,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(noenviction)。
设置key回收策略后,则当redis内存使用达到设置的最大阈值时,系统会进行key回收,释放一部分内存
vim /etc/redis/6379.conf
---598行----
maxmemory-policy noenviction #需要修改max-memory-policy属性值
##回收策略有以下几种:##
●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)
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