Redis的持久化

2021年9月14日 74点热度 2人点赞 0条评论

Redis是内存数据库,它所有的数据都保存在内存里面。如果服务器宕机,服务器中的数据就会丢失。为了解决这个问题,Redis提供了持久化的功能,可以将Redis在内存中的数据库状态保存到磁盘里面,避免数据意外丢失。

Redis的持久化方法分为RDB持久化和AOF持久化两种。

RDB持久化

redis中的RDB持久化方法是以数据快照的方式将某个时间点上的数据库状态保存到一个RDB文件中。

持久化功能所生成的RDB文件是一个经过压缩的二进制文件,通过这个文件可以还原生成RDB文件时的数据库状态。

这两个过程如下图:


创建RDB文件

要想生成RDB文件可以使用两个redis命令,一个是SAVE,另一个是BGSAVE。

  • SAVE命令

SAVE命令会阻塞Redis服务器进程,直到RDB文件创建完毕为止,在服务器进程阻塞期间,服务器不能处理任何命令请求。

  • BGSAVE命令

和SAVE命令不同,BGSAVE命令会派生出一个子进程,然后由子进程负责创建RDB文件,服务器进程(父进程)继续处理命令请求。

因为BGSAVE命令可以在不阻塞服务器进程的情况下执行,所以Redis允许用户通过设置服务器配置的save选项,让服务器每隔一段时间自动执行一次BGSAVE命令。
用户可以通过save选项设置多个保存条件,但只要其中任意一个条件被满足,服务器就会执行BGSAVE命令。

为了实现用户的自定义设置,redis提供了saveparams数组、dirty计数器和lastsave属性。其中,saveparams数组保存了每一个save选项设置的保存条件;dirty计数器记录了距离上一次成功执行SAVE或者BGSAVE命令之后,服务器对数据库状态(服务器中的所有数据库)进行了多少次修改;lastsave属性是一个时间戳,记录了服务器上一次成功执行SAVE命令或者BGSAVE命令的时间。然后redis的服务器会周期性检查save选项所设置的保存条件是否已经满足,如果满足的话,就执行BGSAVE命令。

载入RDB文件

RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的,所以Redis并没有专门用于载入RDB文件的命令,只要Redis服务器在启动时检测到RDB文件存在,它就会自动载入RDB文件。

另外值得一提的是,因为AOF文件的更新频率通常比RDB文件的更新频率高,所以:

  • 如果服务器开启了AOF持久化功能,那么服务器会优先使用AOF文件来还原数据库状态;
  • 只有在AOF持久化功能处于关闭状态时,服务器才会使用RDB文件来还原数据库状态;

AOF持久化

AOF持久化是通过保存Redis服务器所执行的写命令来记录数据库状态的,如下图所示:

AOF持久化的实现

AOF持久化的实现分为三个步骤:命令追加、文件写入和文件同步。

命令追加

当AOF持久化功能处于打开状态时,服务器在执行完一个写命令之后,会以协议格式将被执行的写命令追加到服务器状态的aof_buf缓冲区的末尾。

AOF文件的写入与同步

Redis的服务器进程是一个事件循环(loop),在服务器每次结束一个事件循环之前,它都会调用flushAppendOnlyFile函数,考虑是否需要将aof_buf缓冲区中的内容写入和保存到AOF文件里面。

flushAppendOnlyFile 函数的行为由服务器配置的 appendfsync选项的值来决定, 各个不同值产生的行为如下表所示。

appendfsync 选项的值 flushAppendOnlyFile 函数的行为
always aof_buf 缓冲区中的所有内容写入并同步到 AOF 文件。
everysec aof_buf 缓冲区中的所有内容写入到 AOF 文件, 如果上次同步 AOF 文件的时间距离现在超过一秒钟, 那么再次对 AOF 文件进行同步, 并且这个同步操作是由一个线程专门负责执行的。
no aof_buf 缓冲区中的所有内容写入到 AOF 文件, 但并不对 AOF 文件进行同步, 何时同步由操作系统来决定。

根据上表可以看出,appendfsync的值会影响整个数据库的性能和安全性,所以实际使用的时候需要作权衡。

AOF文件的载入与数据还原

因为AOF文件里面包含了重建数据库状态所需的所有写命令,所以服务器只要读入并重新执行一遍AOF文件里面保存的写命令,就可以还原服务器关闭之前的数据库状态。

Redis读取AOF文件并还原数据库状态的详细步骤如下:

1. 创建一个不带网络连接的伪客户端(fake client):因为Redis的命令只能在客户端上下文中执行,而载入AOF文件时所使用的命令直接来源于AOF文件而不是网络连接,所以服务器使用了一个没有网络连接的伪客户端来执行AOF文件保存的写命令,伪客户端执行命令的效果和带网络连接的客户端执行命令的效果完全一样;
2. 从AOF文件中分析并读取出一条写命令;
3. 使用伪客户端执行被读出的写命令;
4. 一直执行步骤2和步骤3,直到AOF文件中的所有写命令都被处理完毕为止;

当完成以上步骤之后,AOF文件所保存的数据库状态就会被完整地还原出来。

AOF重写

因为AOF持久化是通过保存被执行的写命令来记录数据库状态的,所以随着服务器运行时间的流逝,AOF文件中的内容会越来越多,文件的体积也会越来越大。

为了解决AOF文件体积膨胀的问题,Redis提供了AOF文件重写(rewrite)功能。通过该功能,Redis服务器可以创建一个新的AOF文件来替代现有的AOF文件,新旧两个AOF文件所保存的数据库状态相同,但新AOF文件相比较旧AOF文件优化了浪费空间的冗余命令,所以新AOF文件的体积通常会比旧AOF文件的体积要小得多。

AOF重写功能的实现并不需要对旧的AOF文件进行分析,可以通过读取服务器当前的数据库状态来实现。

在实际的AOF重写过程中,redis会派生出一个子进程,AOF重写程序由子进程里执行。

这样做可以同时达到两个目的:

  • 子进程进行AOF重写期间,服务器进程(父进程)可以继续处理命令请求。
  • 子进程带有服务器进程的数据副本,使用子进程而不是线程,可以在避免使用锁的情况下,保证数据的安全性。

这样做也会导致一个麻烦的问题,在子进程进行重写的过程中,主进程还会处理数据库修改的请求,这样会导致服务器当前的数据库状态和重写后的AOF文件所保存的数据库状态不一致。

为了解决数据不一致问题,Redis服务器设置了一个AOF重写缓冲区,这个缓冲区在服务器创建子进程之后开始使用,当Redis服务器执行完一个写命令之后,它会同时将这个写命令发送给AOF缓冲区和AOF重写缓冲区。

当子进程完成AOF重写工作之后,它会向父进程发送一个信号,父进程在接受到这个信号之后调用一个信号处理函数将AOF重写缓冲区中的所有内容都写入新的AOF文件中。这样一来,新AOF文件中保存的数据库状态就与服务器当前的数据库状态一致了。

agedcat_xuanzai

这个人很懒,什么都没留下

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