redis++：Redis持久化 rdb & aof 工作原理及流程图

Posted 2020-11-27 coding++

RDB的原理：

在Redis中RDB持久化的触发分为两种：自己手动触发与Redis定时触发。

针对RDB方式的持久化，手动触发可以使用：

　　1）：save：会阻塞当前Redis服务器，直到持久化完成，线上应该禁止使用。

　　2）：bgsave：该触发方式会fork一个子进程，由子进程负责持久化过程，因此阻塞只会发生在fork子进程的时候。

而自动触发的场景主要是有以下几点：

　　1）：根据我们的 save m n 配置规则自动触发；

　　2）：从节点全量复制时，主节点发送rdb文件给从节点完成复制操作，主节点会触发 bgsave；

　　3）：执行 debug reload 时；

　　4）：执行 shutdown时，如果没有开启aof，也会触发。

由于 save 基本不会被使用到，我们重点看看 bgsave 这个命令是如何完成RDB的持久化的。流程图如下

1、Redis父进程首先判断：当前是否在执行save，或bgsave/bgrewriteaof（aof文件重写命令）的子进程，如果在执行则bgsave命令直接返回。

      bgsave/bgrewriteaof 的子进程不能同时执行，主要是基于性能方面的考虑：两个并发的子进程同时执行大量的磁盘写操作，可能引起严重的性能问题。

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；

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。

 

AOF的原理：

　　AOF的整个流程大体来看可以分为两步，一步是命令的实时写入（如果是 appendfsync everysec 配置，会有1s损耗），第二步是对aof文件的重写。

　　对于增量追加到文件这一步主要的流程是：命令写入=》追加到aof_buf =》同步到aof磁盘。

　　那么这里为什么要先写入buf在同步到磁盘呢？如果实时写入磁盘会带来非常高的磁盘IO，影响整体性能。

　　aof重写是为了减少aof文件的大小，可以手动或者自动触发，关于自动触发的规则请看上面配置部分。

　　fork的操作也是发生在重写这一步，也是这里会对主进程产生阻塞。

　　手动触发： bgrewriteaof，自动触发 就是根据配置规则来触发，当然自动触发的整体时间还跟Redis的定时任务频率有关系。

流程图如下：

 

对于上图有四个关键点补充一下：

1、在重写期间，由于主进程依然在响应命令，为了保证最终备份的完整性；因此它依然会写入旧的AOF file中，如果重写失败，能够保证数据不丢失。

2、为了把重写期间响应的写入信息也写入到新的文件中，因此也会为子进程保留一个buf，防止新写的file丢失数据。

3、重写是直接把当前内存的数据生成对应命令，并不需要读取老的AOF文件进行分析、命令合并。

4、AOF文件直接采用的文本协议，主要是兼容性好、追加方便、可读性高可认为修改修复。

无论是 RDB 还是 AOF 都是先写入一个临时文件，然后通过 rename 完成文件的替换工作。

 

持久化中恢复数据：

　　数据的备份、持久化做完了，我们如何从这些持久化文件中恢复数据呢？如果一台服务器上有既有RDB文件，又有AOF文件，该加载谁呢？

　　其实想要从这些文件中恢复数据，只需要重新启动Redis即可。

恢复数据流程图：

 

启动时会先检查AOF文件是否存在，如果不存在就尝试加载RDB。

那么为什么会优先加载AOF呢？因为AOF保存的数据更完整，通过上面的分析我们知道AOF基本上最多损失1s的数据。

 

性能与实践：

通过上面的分析，我们都知道RDB的快照、AOF的重写都需要fork，这是一个重量级操作，会对Redis造成阻塞。因此为了不影响Redis主进程响应，我们需要尽可能降低阻塞。

1、降低fork的频率，比如可以手动来触发RDB生成快照、与AOF重写；

2、控制Redis最大使用内存，防止fork耗时过长；

3、使用更牛逼的硬件；

4、合理配置Linux的内存分配策略，避免因为物理内存不足导致fork失败。

在线上我们到底该怎么做？我提供一些自己的实践经验。

1、如果Redis中的数据并不是特别敏感或者可以通过其它方式重写生成数据，可以关闭持久化，如果丢失数据可以通过其它途径补回；

2、自己制定策略定期检查Redis的情况，然后可以手动触发备份、重写数据；

3、单机如果部署多个实例，要防止多个机器同时运行持久化、重写操作，防止出现内存、CPU、IO资源竞争，让持久化变为串行；

4、可以加入主从机器，利用一台从机器进行备份处理，其它机器正常响应客户端的命令；

5、RDB持久化与AOF持久化可以同时存在，配合使用。

本文的内容主要是运维上的一些注意点，但我们开发者了解到这些知识，在某些时候有助于我们发现诡异的bug。