Redis快照原理详解

Posted 2021-03-01 zhuyeshen

本文对Redis快照的实现过程进行介绍，了解Redis快照实现过程对Redis管理很有帮助。

Redis默认会将快照文件存储在Redis当前进程的工作目录中的dump.rdb文件中，可以通过配置dir和dbfilename两个参数分别指定快照文件的存储路径和文件名。快照的过程如下。


（1）Redis使用fork函数复制一份当前进程（父进程）的副本（子进程）；
（2）父进程继续接收并处理客户端发来的命令，而子进程开始将内存中的数据写入硬盘中的临时文件；
（3）当子进程写入完所有数据后会用该临时文件替换旧的 RDB 文件，至此一次快照操作完成。


在执行 fork 的时候操作系统（类 Unix 操作系统）会使用写时复制（copy-on-write）策略，即fork函数发生的一刻父子进程共享同一内存数据，当父进程要更改其中某片数据时（如执行一个写命令），操作系统会将该片数据复制一份以保证子进程的数据不受影响，所以新的RDB文件存储的是执行fork一刻的内存数据。


写时复制策略也保证了在 fork 的时刻虽然看上去生成了两份内存副本，但实际上内存的占用量并不会增加一倍。这就意味着当系统内存只有2 GB，而Redis数据库的内存有1.5 GB时，执行 fork后内存使用量并不会增加到3 GB（超出物理内存）。为此需要确保 Linux 系统允许应用程序申请超过可用内存（物理内存和交换分区）的空间，方法是在/etc/sysctl.conf 文件加入 vm.overcommit_memory = 1，然后重启系统或者执行 sysctl vm.overcommit_memory=1 确保设置生效。


另外需要注意的是，当进行快照的过程中，如果写入操作较多，造成 fork 前后数据差异较大，是会使得内存使用量显著超过实际数据大小的，因为内存中不仅保存了当前的数据库数据，而且还保存着 fork 时刻的内存数据。进行内存用量估算时很容易忽略这一问题，造成内存用量超限。


通过上述过程可以发现Redis在进行快照的过程中不会修改RDB文件，只有快照结束后才会将旧的文件替换成新的，也就是说任何时候 RDB 文件都是完整的。这使得我们可以通过定时备份 RDB 文件来实现 Redis 数据库备份。RDB 文件是经过压缩（可以配置rdbcompression 参数以禁用压缩节省CPU占用）的二进制格式，所以占用的空间会小于内存中的数据大小，更加利于传输。


Redis启动后会读取RDB快照文件，将数据从硬盘载入到内存。根据数据量大小与结构和服务器性能不同，这个时间也不同。通常将一个记录1000万个字符串类型键、大小为1 GB 的快照文件载入到内存中需要花费20～30秒。


通过RDB方式实现持久化，一旦Redis异常退出，就会丢失最后一次快照以后更改的所有数据。这就需要开发者根据具体的应用场合，通过组合设置自动快照条件的方式来将可能发生的数据损失控制在能够接受的范围。例如，使用Redis存储缓存数据时，丢失最近几秒的数据或者丢失最近更新的几十个键并不会有很大的影响。如果数据相对重要，希望将损失降到最小，则可以使用AOF方式进行持久化。