什么是RDB和ROF? 一文了解Redis持久化

参考文档: https://redis.io/topics/persistence

概述

本文提供Redis持久化技术说明, 建议所有Redis用户阅读. 如果您想更深入了解Redis持久性原理机制和底层持久性保证, 请参考文章 揭秘Redis持久化

Redis持久化

Redis提供了不同级别的持久化选项:

• RDB模式, Redis数据库备份文件(Redis Database Backup)持久化方式, 提供周期性基于时间点的数据集快照备份, 比如每小时生成一个快照备份.

• AOF模式, 仅追加到文件(AppendOnlyFile)持久化方式, 在每次数据库服务收到写操作时记录日志文件, 当服务重启时, 自动回放该日志来重建原始数据集. 日志中使用Redis自己的协议, 并按照统一的格式, 采用只追加的方法记录. 当日志文件太大时, Redis可以在后台重写该日志, 生成一个最小化版本的日志文件.

• 你也可以完全禁用持久化, 比如只要保证服务在运行中有数据或可以自动生成缓存数据即可.

• 你还可以在同一个Redis实例上结合AOF和RDB两种持久化方式. 请注意: 这种方式在Redis重启时, AOF文件会被用来重建原始数据集, 因为, 相对RDB周期快照的方式, AOF被认为是更完整的数据备份, 比如它可以做到准实时备份(只丢失1秒的数据).

接下来, 让我们来对比RDB和AOF的优缺点:

RDB优点

• RDB采用一个压缩单文件来表示基于时间点的Redis数据, RDB文件是完美的备份. 例如, 你可以保留过去24小时的每小时的快照备份, 并且保存过去30天, 每天的快照备份, 当数据遇到丢失时, 你可以很方便的从不同的备份粒度(版本)来恢复数据集.

• RDB用来做灾备恢复非常好, 因为紧凑的单文件非常便于在远端数据中心或者亚马逊S3(对象存储,可以加密)间传输.

• RDB使Redis性能最大化, 因为Redis父进程只需要启动一个子进程完成快照备份即可, 父进程不执行由备份引起的磁盘I/O

• 与AOF模式相比, RDB在大数据集的情况下, 数据恢复时, 服务重启速度更快.

RDB缺点

• 如果你想要在Redis意外停止工作时(比如断电), 最小可能的丢失数据, RDB不是一个好的方案. 你可以在RDB生成的地方, 配置不同的保存点(比如每5分钟,对数据集产生至少100次写操作时,创建一个保存点, 你也可以配置多个保存点策略). 然而, 这样你通常会在每5分钟甚至更长时间间隔才创建RDB快照, 所以当Redis异常停止工作时, 你会丢失最后产生快照时间点到现在的数据.

• RDB会调用系统fork()方法派生一个子进程来完成数据持久化到硬盘. 如果数据集比较大, Fork()方法会非常耗时, 造成Redis停止为客户端服务, 停止时间可能是上微秒, 如果数据集非常大并且CPU性能不是很好, 停止时间可以达到1秒钟或更多. 在持久化时, AOF也会调用fork()方法, 但是你可以不带任何协商(trade-off), 调整重写日志的频率.

AOF优点

• 使用AOF持久化程度更高: 你可以配置不同的fsync策略:注: fsync是系统方法, 用于将内核态的缓存数据持久化到存储设备, 比如将内存数据写入硬盘默认使用每秒执行一次fsync的策略, 这种场景下, Redis的写性能也能非常好, 因为fsync运行在一个后台线程, 而主线程会尽力完成写操作. 所以你最多丢失1秒钟的数据.

  • 不带fsync

  • 每秒钟一次fsync

  • 每次查询的时候fsync

• AOF日志是一个只能追加的文件, 所以在断电后, 该文件不会出现查找(seek)或损坏的问题. 即使由于磁盘满或其他原因导致日志中存在只写了一半的命令, 也可以使用redis-check-aof工具轻松修复.

• Redis会在AOF文件太大的时候, 自动在后台重写日志. 重写十分安全, 重写时, Redis派生一个子进程将大的AOF文件重写为最小可用的数据集日志文件, 此时有写操作时, Redis继续追加到旧的AOF文件的同时也追加到AOF重写缓冲区aof_rewrite_buf, 重写完成时, 新的小AOF文件将合并缓冲区中的新数据, 最后将新的AOF文件重命名为老的AOF文件完成替换操作, 以后的数据将写入新的AOF文件.

• AOF日志文件以一种容易理解和解析的格式依次记录了所有的操作. 导出一个AOF文件非常容易. 甚至在失误执行了清除命令FLUSHALL , 如果这时候重写操作没有被执行, 你仍然可以通过关闭服务, 删除文件最后的错误命令, 重启Redis完成数据恢复.

AOF缺点

• 对于相同的数据集, AOF文件一般比RDB文件大.

• 根据具体的fsync策略, AOF可能比RDB速度慢. 通常默认的每秒fsync策略下, Reids性能也非常高, 如果禁用fsync, 即使在高负载的情况下, AOF的速度应该和RDB一样快. 尽管如此, 在巨大写负载的情况下, RDB提供了更多最大延迟的保证.

• 在过去, 当执行一些特殊的命令时(比如这里有一个涉及到阻塞的命令BRPOPLPUSH), Redis遇到了一些罕见的BUG, 它会导致AOF重建数据时, 数据出现不一致.这些问题非常罕见, 我们进行了单元测试, 自动创建随机复杂的数据集来执行重建测试, 没有出现这些问题. 但是如果使用RDB持久化, 几乎不可能出现这类问题. 为了清楚的说明这一点: AOF类似MySQL或者MongoDB, 采用增量更新现有状态的工作机制, 但是RDB快照是每次从头开始创建, 从概念上来说, RDB更具有鲁棒性(健壮). 但是有以下两点值得注意:

  • 每次AOF被Redis重写的时候，它会从包含在数据集中的实际数据中从头开始重新创建，使新AOF文件对bug的抵抗力比不重写的, , 一直追加的AOF文件更强.

  • 在实际使用中, 我们重来没有收到过一个关于AOF文件出错的用户报告.

那我该使用哪个?

通常, 如果你想获得像PostgreSQL那样的数据安全性, 你应该结合RDB和AOF.

如果你非常关心你的数据, 但是允许丢失几分钟的数据, 你可以只使用RDB持久化.

有很多用户只使用AOF, 但是我们不建议那样做, 因为RDB的基于时间点的快照在做数据库备份, 快速重启, 或AOF引擎出现问题时, 非常有用.

注意: 基于这些原因, 在将来(长期计划), 我们最终会统一AOF和RDB为一个持久化模型方案.

下面几节, 我们来举例说明更多, 关于RDB和AOF的细节.

快照

Redis默认保存快照到硬盘上的dump.rdb文件. 你可以配置, 每N分钟, 至少出现了M次数据集改变执行一次快照, 或者手动执行保存 SAVE 或后台保存BGSAVE 命令.

比如, 下面的配置表示, 每60秒, 如果发生改变的键的数量达到了1000个, Redis自动备份数据集到硬盘, 即自动快照策略.

save 60 1000

它是如何工作的?

每当Redis需要保存数据集到磁盘, 会执行下面的任务:

• Redis forks 派生子进程, 这时候会存在一个父进程和一个子进程.

• 子进程开始将数据集写到RDB临时文件.

• 当子进程完成新RDB文件写入后, 会将原来的旧RDB文件替换.

这种方法就是Redis的写即拷语义(copy-on-write)

AOF仅追加文件

快照不是很持久, 如果Redis服务异常停止, 掉电停止, 或者意外执行了kill -9杀掉Redis服务进程, 最后的数据写入将会丢失. 虽然对于有些应用来说这是个小问题, 但对于要求完全持久化的场景, RDB不是一个很好的选择.

所以AOF就是来代替RDB干这个事情的, 完全的持久化策略. 从Redis1.1版本开始支持该功能.

按如下配置, 打开AOF功能开关:

appendonly yes

从现在开始, 每当Redis收到一个改变数据集的命令(比如SET), 该操作将追加到AOF文件, 当你重启Redis时, 会基于AOF文件重建数据集.

日志重写

AOF文件大小随着操作的增加而增加. 举个例子, 如果你想递增计数100次, 最终数据集中只包含一个键值就是最终的结果, 但是在AOF文件中有100条记录, 实际上在重建数据集时, 不需要剩余的99次记录.

所以Redis支持这个有趣的功能: 在不中断Redis服务的情况下, 后台进行AOF文件重写. 当执行后台重写命令 BGREWRITEAOF 时, Reids会将当前内存中的数据集以最短的有序命令集写下来. 如果你使用Redis2.2, 你需要定时执行 BGREWRITEAOF , 从Redis2.4开始, 它可以自动触发日志重写(更多信息可以查看2.4的配置示例, 不同版本的配置).

AOF怎么持久化?

你可以配置时间间隔, Redis来执行fsync到磁盘. 这里有三个策略:

• appendfsync always: 每个新的命令追加到AOF文件时执行fsync. 非常慢, 但是非常安全. 注意, 如果追加的命令来自多个客户端或管道的批量命令, 在发送响应之前, 这会被当做一次写操作, 只会执行一次fsync.

• appendfsync everysec: 每秒执行一次fsync. 速度足够快(在Redis2.4版本中, 与RDB快照的速度一样快), 如果出现意外, 你最多丢失1秒的数据.

• appendfsync no: 从不执行 fsync, 只把数据交给操作系统. 这虽然更快, 但是更不安全. 这种配置, 通常Linux会每30秒刷新一次数据到硬盘, 但实际时间可以通过内核配置调优.

每秒执行一次fsync是建议并且是默认的方式. 它既快又安全. appendfsync always策略在实践中非常慢, 但是支持组提交, 所以可以将多个并行写操作合并, 执行一次fsync即可.

如果AOF文件被截断了应该怎么做?

在写AOF文件时, 服务器出现crash或磁盘空间满了, 这时候AOF依然包含一致的数据, 代表了给定时间点版本的数据集(默认fsync策略可能会丢失1秒的数据), 但是最后的命令在AOF记录中会被截断, 最新的Redis主干版本依然会导入所有的AOF文件内容, 但是会忽略最后的不完整的命令, 这时候, 服务器会发出警告日志:

* Reading RDB preamble from AOF file...
* Reading the remaining AOF tail...
# !!! Warning: short read while loading the AOF file !!!
# !!! Truncating the AOF at offset 439 !!!
# AOF loaded anyway because aof-load-truncated is enabled

你可以改变默认配置来强制停止这种事情发生, 但是默认配置会忽略最后这个不完整的命令, 为了保证服务重启后可用.

老版本的Redis不会自动恢复, 需要做以下步骤来恢复:

• 对AOF文件进行备份.

• 使用Redis提供的工具redis-check-aof 修复该AOF文件:$ redis-check-aof --fix

• 可以执行 diff -u 检查两个AOF文件的差异, 确认错误被修复.

• 用修复后的AOF文件重启Redis服务, 重建数据集.

AOF文件被损坏了怎么办?

如果AOF文件不仅被截断了, 中间还被插入了无效的字节, 事情将变得更加复杂, Redis在启动的时候会中断并提示:

* Reading the remaining AOF tail...
# Bad file format reading the append only file: make a backup of your AOF file, then use ./redis-check-aof --fix 

最好是用 redis-check-aof 工具修复, 首先不适用 --fix 选项, 找到问题, 跳过该文件的错误位置, 查看是否可以手动修复该文件, AOF使用与Reids一致的协议格式,所以非常便于手动修复, 否则就使用工具修复该文件, 这种情况, 从无效的位置到文件结束的数据都可能被丢失, 如果损坏位置发生在开头的位置, 则相当于丢失整个数据集.

它是怎样工作的?

日志重写使用了与快照一致的拷贝即写(copy-on-write)的方式, 步骤如下:

• Redis执行 forks派生, 这样就有一个主进程和一个子进程.

• 子进程开始写入一个新的AOF到零时文件中.

• Redis继续追加到旧的AOF文件的同时也追加到AOF重写缓冲区aof_rewrite_buf, 所以即使重新失败, 也是数据安全的.

• 当子进程完成了AOF文件重写, 父进程收到一个完成信号, 将缓存中的数据追加到新的AOF文件.

• 最后将新的AOF文件重命名为老的AOF文件完成替换操作, 以后的数据将写入新的AOF文件.

怎样从dump.rdb快照切换到AOF

在Redis2.0和Redis2.2用不同的步骤来切换到AOF, 而且Redis2.2切换到AOF更简单, 不需要重启.

Redis >= 2.2

• 将最近的dump.rdb文件备份.

• 将备份文件传输到安全的地方.

• 执行以下两个命令:

  • redis-cli config set appendonly yes #开启AOF

  • redis-cli config set save “” #取消RDB

• 检查确认数据库中的键个数没有丢失.

• 检查写操作都正确的追加进了AOF文件.

第一个配置命令表示启用AOF功能. 这样Redis会阻塞来生成初始的备份, 然后打开新文件来写入操作记录, 后面的写操作将会持续追加到该AOF文件中.

第二个配置命令用来关闭RDB快照持久化. 这是可选的, 如果保留save表示同时使用RDB和AOF持久化.

重要: 记住同时修改redis.conf配置文件来打开AOF, 否则服务重启时将使用原来的配置.

Redis 2.0

• 将最近的dump.rdb文件备份.

• 将备份文件传输到安全的地方.

• 停止所有写操作.

• 执行后台重写AOF命令redis-cli BGREWRITEAOF. 该操作会创建AOF文件.

• 当AOF备份完成后, 停止Redis服务.

• 编辑redis.conf, 启用AOF功能.

• 重启服务

• 检查确认数据库中的键个数没有丢失.

• 检查写操作都正确的追加进了AOF文件.

在AOF和RDB之间交互

Redis >= 2.4会保证当RDB快照在运行时, 避免触发一个AOF重写进程, 或者当AOF重写已经运行时, 不允许后台保存快照BGSAVE. 这可以防止两个后台进程同时产生高负载的磁盘I/O.

当快照运行中, 用户显示请求一个AOF日志重写命令BGREWRITEAOF会收到OK状态, 表示操作已经被安排, 真正的重写操作会在快照完成后才开始.

同时启用AOF和RDB持久化, Redis重启时, AOF文件会用来重建原始数据集, 因为AOF被认为是更全更完整的备份.

备份Redis数据

开始本节内容前, 请确认已经对数据库进行备份, 如果磁盘损坏, 云实例消失等, 没有备份意味着数据面临着巨大风险, 会消失在"黑洞" /dev/null中.

Redis对于数据备份非常友好, 即使数据库数据库运行中也允许你对数据进行拷贝备份: RDB文件产生时就不会被修改, 快照备份期间, 它会生成零时的文件, 当快照最终备份完成后采用重命名替换原来的RDB文件.

这意味着服务在运行时, 拷贝RDB文件是非常安全的, 下面是我们的建议:

• 在服务器上, 创建定时任务CronJob, 每小时执行一次RDB快照, 保存到一个目录, 并且在另外一个目录下保存每日快照.

• 每次定时任务执行时, 确认使用find命令查找最旧的快照, 将它们删除, 对于每小时快照, 你可以保留最近48小时, 对于每天快照, 你可以保留1~2个月. 并确包快照名包含时间信息.

• 每天至少做一次数据转存, 比如将RDB快照转存到其他数据中心, 或者至少从当前Redis服务物理机转存到其他地方.

如果你使用ROF持久化方式, 仍然可以拷贝AOF文件来做备份. 这个AOF文件即使丢失最后一小段数据, Redis也可以重建它们(请参考上面的截断AOF文件处理方式)

灾难恢复

灾难恢复和备份基本是一致的, 加上可以在许多不同的数据中心间转存这些备份数据. 这种情况下, 即使影响到最主要的数据中心, 其他地方的备份也是安全并且可以恢复的.

针对刚起步, 没有太多的资金来做大型备份, 这里也提供了一些不需要太大开销的灾备恢复技术:

• AmazonS3对象存储或其他类似服务是一个实现灾备恢复系统的好方法. 只需将每小时或每日的RDB快照加密后传输到S3即可, 你可以使用gpg -c(使用对称加密模式)对数据加密. 请确认将密码保存到不同的安全的地方(比如拷贝一份交给最重要的人来管理). 建议使用多种存储服务来提高数据安全性.

• 使用SCP(SSH的一部分)命令来将数据转存到其他服务器. 这是一个简单而且安全的方法: 在云端, 获取远离当前Redis服务的一个小型虚拟专用服务器VPS, 在数据端, 安装ssh, 生成不带密码的ssh客户端密钥, 将它添加到VPS的authorized_keys文件, 这样就可以继续实现自动免密转存备份数据到VPS, 为了提高数据安全, 可以使用不同运营商, 不同网络区域的VPS.

这种方式可能会导致文件传输失败, 所以在传输完成后, 至少要增加文件完整性校验, 比如校验文件大小, 如果使用VPS, 甚至可以使用SHA1校验.

你也需要部署独立的监控报警系统, 对备份过程进行监控, 在备份失败时能及时发现并修复.