Redis 内存故障诊断及常用运维命令

背景

你是否有过这种困扰：我的数据量非常小，但还是报OOM错误？

# 一个简单set提示内存不足
[root@10-186-61-38 redis]# redis-cli -p 9999 set actionsky 1
(error) OOM command not allowed when used memory > 'maxmemory'.

首先我给大家解释下，Redis的OOM分两种

• 一种是因Redis使用内存超出OS物理内存，OS将Redis进程杀死。
• 另一种是Redis使用内存超过maxmemory参数配置，引发Redis Server层OOM。
  OOM是Redis最常见的内存故障，它影响很大：
• 故障发生时，进程并不会退出，能读但无法写入。
• 配置了allkeys-lru、allkeys-lfu等内存淘汰策略场景下，会有大量键失效，导致缓存命中率急剧下降。
  本文中，我会给大家分享下该种内存问题的排查方向及运维命令。

Redis内存消耗划分

image.png

简短介绍下Redis内存消耗划分情况，为下文诊断提供思路。上图可以总结Redis消耗内存分如下几块：

• 对象内存：理论上占用最大，存储所有业务数据，如字符串类型、哈希类型对象等
• 客户端内存：包括输入客户端（查询或写入命令）、输出客户端使用的内存，因为不受maxmemory参数控制，这块我们需重点排查
• 复制积压缓冲：所有从库客户端共享、保存固定大小的写入命令用于从库失连后数据补偿
• Redis自身内存：存储数据元数据信息、过期键字典等
• AOF缓冲区：AOF持久化、重写缓冲区，一般占用很少，基本不需要关注

内存OOM会导致哪些问题？

1. Redis 无法写入，只能读取

   
   
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2. Redis 大量键被逐出内存或过期，导致Redis查询效率降低（maxmemory-policy配置为非默认值noeviction时）
   
   image.png

排查思路

注意：下文不做特别说明的话，我的maxmemory设置为1G，其它任何参数为默认

是否数据量太大？

使用redis-benchmark持续灌入数据

image.png

检查内存使用情况，发生OOM状态时 used_memory 一定会大于 maxmemory

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检查数据对象内存和其它内存使用情况如下图：

image.png

这里有必要说明下overhead.tatal,它包括除数据外Redis消耗的所有内存，比如前面提到的复制缓冲区、客户端输入输出缓冲区等，另外还包括一些元数据如overhead.hashtable，它是数据库中元数据消耗的内存大小，包括以下三项：

• 整个数据库是一种hash表，首先就是这张hash表使用的内存
• 每一个key-value对都有一个dictEntry来记录他们的关系，元信息便包含该db中所有dictEntry使用的内存
• redis使用redisObject来描述value所对应的不同数据类型（string、list、hash、set、zset），那么redisObject占用的空间也计算在元数据
  大家对这个现象可能有点疑惑，为啥我明明设置maxmemory为1G，你Redis只给我存了990多M数据就满了？
  很好理解，根据上面测试可知数据达到一定规模后，因需消耗额外的元数据、缓存内存，Redis最终将超过maxmemory而OOM。

是否客户端输入缓冲区有问题？

制造输入缓冲区压力（防止干扰，先清空数据再压测）

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# 关键参数解释
-d 表示每个set值的大小，单位为字节
-c 启多少个连接

压测几秒钟后，触发OOM

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检查输入缓冲区内存消耗，能看到客户端输入缓冲区消耗总量为 2.4G左右，远远超过maxmemory参数设置。

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那我如何找到消耗内存量最大的那个连接呢？

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可通过运行上述检查命令，定位到各客户端输入缓冲区的内存消耗（由大到小排序）。
一般如果定位到有连接异常，可以使用如下命令杀掉

# 例如杀掉上图中 id=51421 的连接
127.0.0.1:9999> CLIENT KILL ID 51421
(integer) 1

是否复制积压缓冲区有问题？

为测试方便，我直接把复制积压缓冲区配置为800M。
开启redis-benchmark压测进程

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检查复制积压缓冲区内存消耗，可以看到因为缓冲区设置过大，数据量才存储190多M，Redis就无法写入了。

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是否客户端输出缓冲区有问题？

若客户端输出缓冲区太大如何排查？一般该场景比较少见，常见于用到了redis的monitor命令

注意：monitor 命令功能像MySQL的general-log，能打印Redis所有执行的命令。在生产环境极少使用或禁用

先开启monitor命令

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通过redis-benchmark制造输出缓冲区压力。

image.png

测试一段时间后观察Redis内存消耗

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此时数据库无法写入

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检查输出缓冲区各客户端连接内存消耗、输出缓冲区总消耗内存如下

image.png

可以看到输出缓冲区总内存已远大于maxmemory限制，此时内存自然就OMM。

实用命令

上文排查过程有些Redis运维命令我认为比较实用，整理如下

模拟Redis压力相关命令

# 1. 持续给Redis灌数据
redis-benchmark -p 9999 -t set -r 100000000 -l
# 2. 模拟输入缓冲区过大
redis-benchmark -p 9999 -q -c 10 -d 102400000 -n 10000000 -r 50000 -t set
# 3. 模拟输出缓冲区过大
redis-benchmark -p 9999 -t get -r 5000000 -n 10000000 -d 100 -c 1000 -P 500 -l

常用Redis内存排查命令

# 1. 快速查看Redis内存是否够用
redis-cli -p 9999 info memory |egrep '(used_memory_human|maxmemory_human|maxmemory_policy)'
# 2. 检查复制积压缓冲区使用情况
redis-cli -p 9999 memory stats|egrep -A 1 '(total.allocated|replication.backlog)'
# 3. 检查客户端输入缓冲区内存使用总量
redis-cli -p 9999 client list| awk 'BEGIN{sum=0} {sum+=substr($12,6);sum+=substr($13,11)}END{print sum}'
# 4. 检查客户端输入缓冲区各客户端连接的内存情况
redis-cli -p 9999 client list|awk '{print substr($12,6),$1,$12,$18}'|sort -nrk1,1 | cut -f1 -d" " --complement
# 5. 检查客户端输出缓冲区内存使用总量
redis-cli -p 9999 client list| awk 'BEGIN{sum=0} {sum+=substr($16,6)}END{print sum}'
# 6. 检查客户端输出缓冲区各客户端连接的内存使用排序
redis-cli -p 9999 client list|awk '{print substr($16,6),$1,$16,$18}'|sort -nrk1,1 | cut -f1 -d" " --complement |head -n10
# 7. 检查数据对象使用内存总量
redis-cli -p 9999 memory stats|grep -A 1 'dataset.bytes'

总结

• Redis内存问题大部分可以通过上诉排查思路进行定位

• 整理了一些常用Redis内存排查命令

• 整理了一份Redis内存检查脚本

#!/bin/bash
# Author:Renzy
# ModifyDate:20210408

if [ $# -ne 1 ];then
    echo -e "\033[31mERROR\033[0m: A port must be provided."
    echo "eg: sh $0 6379"
    exit 1
fi

PORT=$1
CLI_BIN=/data/redis/bin/redis-cli
EXEC="$CLI_BIN -p $PORT "

# Define checking memory available.
checkMem(){
    USED_MEM=`$EXEC memory stats |grep -A 1 total.allocated|tail -n1`
    MAX_MEM=`$EXEC info memory|grep -w maxmemory|awk -F ':' '{print $2}'`
    MEM_POL=`$EXEC info memory|grep -w maxmemory_policy|awk -F ':' '{print $2}'`
    DATA_USE=`$EXEC memory stats|grep -A 1 'dataset.bytes'|tail -n1`
    EXCEPT_DATA=`$EXEC memory stats|grep -A 1 'overhead.total'|tail -n1`
    REPL_USE=`$EXEC memory stats|grep -A 1 'replication.backlog'|tail -n1`
    INOUT_USE=`$EXEC client list| awk 'BEGIN{sum=0} {sum+=substr($12,6);sum+=substr($13,11)}END{print sum}'`
    OUTPUT_USE=`$EXEC client list| awk 'BEGIN{sum=0} {sum+=substr($16,6)}END{print sum}'`

    STATUS=`$EXEC set actionsky 1`
    if [ "$STATUS" = 'OK' ];then
        echo -e "Redis当前内存是否可用: \033\033[32m${STATUS}\033[0m"
    else
        echo -e "Redis当前内存是否可用: \033\033[31m${STATUS}\033[0m"
    fi
    echo "Redis当前内存淘汰策略: $MEM_POL"
    echo "Redis当前已使用的内存(byte): $USED_MEM"
    echo "Redis当前最大内限限制(byte): $MAX_MEM"
    echo "Redis当前数据对象已使用内存(byte): $DATA_USE"
    echo "Redis当前除数据外总内存消耗(byte): $EXCEPT_DATA"
    echo "Redis当前复制积压缓存区消耗(byte): $REPL_USE"
    echo " "
    echo "Redis当前客户端输入缓存总消耗(byte): $INOUT_USE"
    echo "Redis当前客户端输入缓存各连接消耗(TOP10):"
    $EXEC client list|awk '{print substr($12,6),$1,$12,$18}'|sort -nrk1,1 | cut -f1 -d" " --complement
    echo " "
    echo "Redis当前客户端输出缓存总消耗(byte): $OUTPUT_USE"
    echo "Redis当前客户端输出缓存各连接消耗(TOP10):"
    $EXEC client list|awk '{print substr($16,6),$1,$16,$18}'|sort -nrk1,1 | cut -f1 -d" " --complement |head -n10
}

checkMem

脚本执行效果：

image.png

image.png