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。
实时性不够,最快也要60秒备份一次,如果50多秒时服务器宕机,则备份失败
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。
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。
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:
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。
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。
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。
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。
(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)
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。)
与RDB持久化相对应,AOF的优点在于支持秒级持久化、实时性好、兼容性好,缺点是文件大、恢复速度慢、对性能影响大。
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。
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
跟踪内存碎片率,对理解Redis实例的资源性能是非常重要的:
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。
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)。
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。
redis客户端最大连接数默认为10000。
看 redis 当前连接数: