数据库的持久化(durability)

转自 ： NoSQL Fan blog

以前对数据安全性这一部分有一定的了解，不够深刻，这篇文章里面写的很详细。

虽然是针对 redis的持久化的详解，但是前面一部分还是比较通用的。

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本文内容来源于Redis作者博文，Redis作者说，他看到的所有针对Redis的讨论中，对Redis持久化的误解是最大的，于是他写了一篇长文来对Redis的持久化进行了系统性的论述。文章非常长，也很值得一看，NoSQLFan将主要内容简述成本文。

什么是持久化，简单来讲就是将数据放到断电后数据不会丢失的设备中。也就是我们通常理解的硬盘上。

写操作的流程

首先我们来看一下数据库在进行写操作时到底做了哪些事，主要有下面五个过程。

1. 客户端向服务端发送写操作（数据在客户端的内存中）
2. 数据库服务端接收到写请求的数据（数据在服务端的内存中）
3. 服务端调用write(2) 这个系统调用，将数据往磁盘上写（数据在系统内存的缓冲区中）
4. 操作系统将缓冲区中的数据转移到磁盘控制器上（数据在磁盘缓存中）
5. 磁盘控制器将数据写到磁盘的物理介质中（数据真正落到磁盘上）

故障分析

写操作大致有上面5个流程，下面我们结合上面的5个流程看一下各种级别的故障。

• 当数据库系统故障时，这时候系统内核还是OK的，那么此时只要我们执行完了第3步，那么数据就是安全的，因为后续操作系统会来完成后面几步，保证数据最终会落到磁盘上。
• 当系统断电，这时候上面5项中提到的所有缓存都会失效，并且数据库和操作系统都会停止工作。所以只有当数据在完成第5步后，机器断电才能保证数据不丢失，在上述四步中的数据都会丢失。

通过上面5步的了解，可能我们会希望搞清下面一些问题：

• 数据库多长时间调用一次write(2)，将数据写到内核缓冲区
• 内核多长时间会将系统缓冲区中的数据写到磁盘控制器
• 磁盘控制器又在什么时候把缓存中的数据写到物理介质上

对于第一个问题，通常数据库层面会进行全面控制。而对第二个问题，操作系统有其默认的策略，但是我们也可以通过POSIX API提供的fsync系列命令强制操作系统将数据从内核区写到磁盘控制器上。对于第三个问题，好像数据库已经无法触及，但实际上，大多数情况下磁盘缓存是被设置关闭的。或者是只开启为读缓存，也就是写操作不会进行缓存，直接写到磁盘。建议的做法是仅仅当你的磁盘设备有备用电池时才开启写缓存。

数据损坏

所谓数据损坏，就是数据无法恢复，上面我们讲的都是如何保证数据是确实写到磁盘上去，但是写到磁盘上可能并不意味着数据不会损坏。比如我们可能一次写请求会进行两次不同的写操作，当意外发生时，可能会导致一次写操作安全完成，但是另一次还没有进行。如果数据库的数据文件结构组织不合理，可能就会导致数据完全不能恢复的状况出现。

这里通常也有三种策略来组织数据，以防止数据文件损坏到无法恢复的情况：

• 第一种是最粗糙的处理，就是不通过数据的组织形式保证数据的可恢复性。而是通过配置数据同步备份的方式，在数据文件损坏后通过数据备份来进行恢复。实际上MongoDB在不开启journaling日志，通过配置Replica Sets时就是这种情况。
• 另一种是在上面基础上添加一个操作日志，每次操作时记一下操作的行为，这样我们可以通过操作日志来进行数据恢复。因为操作日志是顺序追加的方式写的，所以不会出现操作日志也无法恢复的情况。这也类似于MongoDB开启了journaling日志的情况。
• 更保险的做法是数据库不进行老数据的修改，只是以追加方式去完成写操作，这样数据本身就是一份日志，这样就永远不会出现数据无法恢复的情况了。实际上CouchDB就是此做法的优秀范例。