RedisRedis持久化之RDB详解（Redis专栏启动）
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本文导读
本文讲解Redis持久性机制RDB，RDB持久化的两种方法（RDB的两种策略方式、save和bgsave命令）并进行比较，如何使用RDB策略备份数据，分析Redis RDB优缺点，bgsave原理，bgsave执行流程，fork的实现原理（Copy On Write写时复制）。
一、什么是Redis RDB
Redis提供了两种持久性机制：一种是RDB也称为快照模式，一种是AOF日志也称为追加模式。
Redis RDB 是生成当前进程中数据的快照并将其保存到硬盘（因此也称为快照持久性），保存的文件后缀是.rdb，RDB是Redis的默认数据持久化方法，它将把数据库快照保存在dump.rdb二进制文件中，当Redis重新启动时可以读取快照（即以二进制文件的形式保存内存数据）并从文件中恢复数据。
二、RDB持久化的两种方法（RDB的两种策略方式）
1、save(同步阻塞)
当在Redis客户端上执行save命令时，将在Redis安装目录中生成RDB文件，save有一个致命问题，Redis服务在持久化期间被阻止（确切地说，它将阻止当前执行save命令的线程，但 Redis 是单线程的，因此整个服务将被阻止）Redis就不能继续提供外部请求，如果数据量很小，则影响很小，如果每次复制需要1小时，相当于一小时的停机时间。
2、bgsave命令(异步非阻塞)
使用 Linux的fork()函数用于生成主进程的子进程，用于完成RDB的生成。生成完成后，将通知主进程我们的RDB文件已成功生成。时间复杂度也是O(n)，但它不会阻塞主进程
底层原理是 fork()+copyonwrite，bgsave可以在持久化的同时提供外部读写服务，而不会相互影响，新写的数据不会对已经持久化的数据造成数据影响，持久化过程中的出现异常或时间过长不会对Redis的外部服务产生任何影响，持久化后，新的rdb文件将覆盖前一个文件。
3、save与bgsave比较
| save | bgsave | |
| IO | 同步 | 异步 |
| 阻塞 | 是 | 部分（fork时发生阻塞） |
| 时间复杂度 | O(n) | O(n) |
| 优点 | 不消耗额外内存 | 不阻塞客户端命令 |
| 缺点 | 阻塞客户端命令 | 需要fork消耗内存 |
三、如何使用RDB策略备份数据
RDB持久化的触发分为手动触发和自动触发两种，Redis可以通过客户端主动持久化，输入命令（手动在客户端输入save 或 bgsave命令）生成RDB文件，也可以通过配置来等满足条件时自动持久化（自动触发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，比如save m n配置，save 900 1，意味着900秒内至少有1个key被改变则做一次快照）生成RDB文件。
一般情况下不会手动触发，在主从复制期间，从库全量主库数据，主库将执行bgsave命令进行快照；当客户端执行数据库清空命令FLUSHALL时触发快照；当客户端执行shutdown关闭Redis时触发快照。
四、Redis RDB优缺点
优点：RDB文件简单快捷，它在某个时间点存储Redis数据，适合备份，可以设置一个时间点来归档RDB文件，以便在需要时可以轻松地将数据恢复到不同的版本，也就是说RDB适合灾难恢复（灾备），单个文件可以轻松地传输到远程服务器，RDB的性能非常好，当需要持久性时，主进程将派生出一个子进程，然后将持久性工作移交给子进程（bgsave）。
缺点：RDB存在丢失数据问题，假设快照（自动触发save m n配置）每5分钟保存一次，如果Redis由于某种原因无法正常工作，则从上次生成快照到Redis出现问题的数据将丢失。RDB使用fork() 为数据持久化生成子进程，如果数据很大，可能需要一些时间，导致Redis停止服务。
五、bgsave原理
1、bgsave执行流程
Redis父进程首先确定否有有正在执行的save、bgsave、bgrewriteaof的子进程，如果正在执行，bgsave命令将直接返回。
父进程执行fork操作以创建子进程，在此过程中，父进程被阻止，Redis无法从客户端执行任何命令。在父进程fork后，bgsave命令返回保存信息，不再阻止父进程，并可以响应其他命令，子进程创建RDB文件，基于父进程的内存快照生成临时快照文件，并在完成后执行原始文件的原子替换
子进程向父进程发送信号以指示完成，父进程更新统计信息。
2、fork实现原理（Copy On Write写时复制）
fork实现通过Copy-on-Write写时复制，，类似于Java中的CopyOnWriteArrayList。如果多个调用方同时需要相同的资源（如内存或磁盘中的数据存储），多个调用方将共同获得指向同一资源的相同指针，在调用方尝试修改资源的内容之前，系统实际上会向调用方复制一个特殊副本，其他调用方看到的初始资源保持不变。
这是 Linux 的机制，为了节省内存资源，尽可能多地共享资源，在进程分离的时刻，内存增长几乎没有显著变化。在Redis中，子进程执行数据持久化不会修改现有的内存数据结构，只会遍历和读取数据结构，然后将其序列化到磁盘。父进程不同需要继续服务客户端请求，然后不断修改内存数据结构。这个时候就会使用操作系统的 COW 机制来进行数据段页面的分离（请参考：【精通内核】计算机程序的本质、内存组成与ELF格式深度解析）。
数据段由许多操作系统的页面组成，当父进程修改其中一个页面的数据时，它将复制并分离共享页面，然后修改复制的页面，此时，子流程的相应页面或生成流程时的数据不会更改。因为子进程的数据没有改变，所以它所能看到的内存中的数据在进程生成时被冻结，不会再改变，所有Redis持久性被称为快照，所有子进程可以安全的遍历数据并写入磁盘。
总结
本文讲解Redis持久性机制RDB，RDB持久化的两种方法（RDB的两种策略方式、save和bgsave命令）并进行比较，如何使用RDB策略备份数据，分析Redis RDB优缺点，bgsave原理，bgsave执行流程，fork的实现原理（Copy On Write写时复制）。
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