redis持久化常识和配置

目录

• 为什么要将redis持久化
• redis 如何持久化
  • redis持久化的方式有两种
  • 两种持久化方式的区别
  • RDB持久化
    • 触发条件
      • 手动触发
      • 自动触发
      • 其他自动触发机制
    • 执行流程
    • RDB文件
    • 启动时加载
    • RDB的优势
    • RDB的劣势
  • AOF持久化
    • 开启AOF
    • 执行流程
    • 启动时加载
    • 文件校验
    • 伪客户端
    • AOF的优势
    • AOF的劣势
  • 两种方式的常用配置
    • RDB持久化配置
    • AOF持久化配置
  • RDB 模式和 AOF 模式的恢复

为什么要将redis持久化

Redis是内存数据库，数据都是存储在内存中，为了避免进程退出导致数据的永久丢失，需要定期将Redis中的数据以某种形式(数据或命令)从内存保存到硬盘；当下次Redis重启时，利用持久化文件实现数据恢复。除此之外，为了进行灾难备份，可以将持久化文件拷贝到一个远程位置。

redis 如何持久化

redis持久化的方式有两种

• RDB持久化：将 Redis 在内存中的数据库记录定时 dump 到磁盘上的 RDB 持久化
• AOF持久化：将 Rdis 的操作日志以追加的方式写入到一个文件中。

由于AOF持久化的实时性更好，即当进程意外退出时丢失的数据更少，因此AOF是目前主流的持久化方式，不过RDB持久化仍然有其用武之地。

两种持久化方式的区别

RDB持久化是指在指定的时间间隔内将内存中的数据集快照写入磁盘，实际操作过程是fork一个子进程，先将数据集写入临时文件，写入成功后，再替换之前的文件，用二进制压缩存储。

AOF持久化以日志的形式记录服务器所处理的每一个写、删除操作，查询操作不会记录，以文本的方式记录，可以打开文件看到详细的操作记录。

RDB持久化

RDB持久化是将当前进程中的数据生成快照保存到硬盘(因此也称作快照持久化)，保存的文件后缀是rdb；当Redis重新启动时，可以读取快照文件恢复数据。

触发条件

RDB持久化的触发分为手动触发和自动触发两种。

手动触发

save 命令和 bgsave 命令都可以生成 RDB 文件

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

  

• bgsave命令会创建一个子进程，由子进程来负责创建RDB文件，父进程(即Redis主进程)则继续处理请求。

  

bgsave命令执行过程中，只有fork子进程时会阻塞服务器，而对于save命令，整个过程都会阻塞服务器，因此save已基本被废弃，线上环境要杜绝save的使用；在自动触发RDB持久化时，Redis也会选择bgsave而不是save来进行持久化

自动触发

触发命令：

save m n 

自动触发最常见的情况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。

下文中介绍的有 redis 的配置文件(一般在redis根目录下的 redis.conf)中相关的设置。

save m n 的实现原理

Redis的save m n，是通过serverCron函数、dirty计数器、和lastsave时间戳来实现的。

• serverCron是Redis服务器的周期性操作函数，默认每隔100ms执行一次；该函数对服务器的状态进行维护，其中一项工作就是检查 save m n 配置的条件是否满足，

• dirty计数器是Redis服务器维持的一个状态，记录了上一次执行bgsave/save命令后，服务器状态进行了多少次修改(包括增删改)；而当save/bgsave执行完成后，会将dirty重新置为0。

  例如，如果Redis执行了set mykey helloworld，则dirty值会+1；如果执行了sadd myset v1 v2 v3，则dirty值会+3；注意dirty记录的是服务器进行了多少次修改，而不是客户端执行了多少修改数据的命令。

• lastsave时间戳也是Redis服务器维持的一个状态，记录的是上一次成功执行save/bgsave的时间。

save m n的原理如下：每隔100ms，执行serverCron函数；在serverCron函数中，遍历save m n配置的保存条件，只要有一个条件满足，就进行bgsave。对于每一个save m n条件，只有下面两条同时满足时才算满足：

（1）当前时间-lastsave > m

（2）dirty >= n

其他自动触发机制

除了save m n 以外，还有一些其他情况会触发bgsave：

• 在主从复制场景下，如果从节点执行全量复制操作，则主节点会执行bgsave命令，并将rdb文件发送给从节点
• 执行shutdown命令时，自动执行rdb持久化

执行流程

前面介绍了触发bgsave的条件，下面将说明bgsave命令的执行流程，如下图所示

图片中的5个步骤所进行的操作如下：

1. Redis父进程首先判断：当前是否在执行save，或bgsave/bgrewriteaof（后面会详细介绍该命令）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

RDB文件

RDB文件是经过压缩的二进制文件，下面介绍关于RDB文件的一些细节。

存储路径
RDB文件的存储路径既可以在启动前配置，也可以通过命令动态设定。

配置：dir配置指定目录，dbfilename指定文件名。默认是Redis根目录下的dump.rdb文件。

动态设定：Redis启动后也可以动态修改RDB存储路径，在磁盘损害或空间不足时非常有用；执行命令为config set dir {newdir}和config set dbfilename {newFileName}。

RDB文件格式

RDB文件格式如下图所示

image

其中各个字段的含义说明如下：

1. REDIS：常量，保存着”REDIS”5个字符。
2. db_version：RDB文件的版本号，注意不是Redis的版本号。
3. SELECTDB 0 pairs：表示一个完整的数据库(0号数据库)，同理SELECTDB 3 pairs表示完整的3号数据库；只有当数据库中有键值对时，RDB文件中才会有该数据库的信息(上图所示的Redis中只有0号和3号数据库有键值对)；如果Redis中所有的数据库都没有键值对，则这一部分直接省略。其中：SELECTDB是一个常量，代表后面跟着的是数据库号码；0和3是数据库号码；pairs则存储了具体的键值对信息，包括key、value值，及其数据类型、内部编码、过期时间、压缩信息等等。
4. EOF：常量，标志RDB文件正文内容结束。
5. check_sum：前面所有内容的校验和；Redis在载入RBD文件时，会计算前面的校验和并与check_sum值比较，判断文件是否损坏。

压缩

Redis默认采用LZF算法对RDB文件进行压缩。虽然压缩耗时，但是可以大大减小RDB文件的体积，因此压缩默认开启；可以通过命令关闭：

需要注意的是，RDB文件的压缩并不是针对整个文件进行的，而是对数据库中的字符串进行的，且只有在字符串达到一定长度(20字节)时才会进行。

启动时加载

RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的，并没有专门的命令。但是由于AOF的优先级更高，因此当AOF开启时，Redis会优先载入AOF文件来恢复数据；只有当AOF关闭时，才会在Redis服务器启动时检测RDB文件，并自动载入。服务器载入RDB文件期间处于阻塞状态，直到载入完成为止。

Redis启动日志中可以看到自动载入的执行。

Redis载入RDB文件时，会对RDB文件进行校验，如果文件损坏，则日志中会打印错误，Redis启动失败。

RDB的优势

• 一旦采用该方式，那么你的整个Redis数据库将只包含一个文件，这对于文件备份而言是非常完美的。比如，你可能打算每个小时归档一次最近24小时的数据，同时还要每天归档一次最近30天的数据。通过这样的备份策略，一旦系统出现灾难性故障，我们可以非常容易的进行恢复。

• 对于灾难恢复而言，RDB是非常不错的选择。因为我们可以非常轻松的将一个单独的文件压缩后再转移到其它存储介质上。

• 性能最大化。对于Redis的服务进程而言，在开始持久化时，它唯一需要做的只是fork出子进程，之后再由子进程完成这些持久化的工作，这样就可以极大的避免服务进程执行IO操作了。

• 相比于AOF机制，如果数据集很大，RDB的启动效率会更高。

RDB的劣势

• 如果你想保证数据的高可用性，即最大限度的避免数据丢失，那么RDB将不是一个很好的选择。因为系统一旦在定时持久化之前出现宕机现象，此前没有来得及写入磁盘的数据都将丢失。即两次持久化之间的时间宕机了，就会丢失上一次持久化到宕机时间内的数据。

• 由于RDB是通过fork子进程来协助完成数据持久化工作的，因此，如果当数据集较大时，可能会导致整个服务器停止服务几百毫秒，甚至是1秒钟。

AOF持久化

RDB持久化是将进程数据写入文件，而AOF持久化(即Append Only File持久化)，则是将Redis执行的每次写命令记录到单独的日志文件中（有点像MySQL的binlog）；当Redis重启时再次执行AOF文件中的命令来恢复数据。

与RDB相比，AOF的实时性更好，因此已成为主流的持久化方案。

开启AOF

Redis服务器默认开启RDB，关闭AOF；要开启AOF，需要在配置文件中配置。(下文中有相关配置介绍)

执行流程

由于需要记录Redis的每条写命令，因此AOF不需要触发，下面介绍AOF的执行流程。

AOF的执行流程包括：

• 命令追加(append)：将Redis的写命令追加到缓冲区aof_buf；
• 文件写入(write)和文件同步(sync)：根据不同的同步策略将aof_buf中的内容同步到硬盘；
• 文件重写(rewrite)：定期重写AOF文件，达到压缩的目的。

命令追加(append)
Redis先将写命令追加到缓冲区，而不是直接写入文件，主要是为了避免每次有写命令都直接写入硬盘，导致硬盘IO成为Redis负载的瓶颈。

命令追加的格式是Redis命令请求的协议格式，它是一种纯文本格式，具有兼容性好、可读性强、容易处理、操作简单避免二次开销等优点；具体格式略。在AOF文件中，除了用于指定数据库的select命令（如select 0 为选中0号数据库）是由Redis添加的，其他都是客户端发送来的写命令。

文件写入(write)和文件同步(sync)
Redis提供了多种AOF缓存区的同步文件策略，策略涉及到操作系统的write函数和fsync函数，说明如下：

为了提高文件写入效率，在现代操作系统中，当用户调用write函数将数据写入文件时，操作系统通常会将数据暂存到一个内存缓冲区里，当缓冲区被填满或超过了指定时限后，才真正将缓冲区的数据写入到硬盘里。这样的操作虽然提高了效率，但也带来了安全问题：如果计算机停机，内存缓冲区中的数据会丢失；因此系统同时提供了fsync、fdatasync等同步函数，可以强制操作系统立刻将缓冲区中的数据写入到硬盘里，从而确保数据的安全性。

AOF缓存区的同步文件策略由参数appendfsync控制，各个值的含义如下：

• always：命令写入aof_buf后立即调用系统fsync操作同步到AOF文件，fsync完成后线程返回。这种情况下，每次有写命令都要同步到AOF文件，硬盘IO成为性能瓶颈，Redis只能支持大约几百TPS写入，严重降低了Redis的性能；即便是使用固态硬盘（SSD），每秒大约也只能处理几万个命令，而且会大大降低SSD的寿命。
• no：命令写入aof_buf后调用系统write操作，不对AOF文件做fsync同步；同步由操作系统负责，通常同步周期为30秒。这种情况下，文件同步的时间不可控，且缓冲区中堆积的数据会很多，数据安全性无法保证。
• everysec：命令写入aof_buf后调用系统write操作，write完成后线程返回；fsync同步文件操作由专门的线程每秒调用一次。everysec是前述两种策略的折中，是性能和数据安全性的平衡，因此是Redis的默认配置，也是我们推荐的配置。

文件重写

随着时间流逝，Redis服务器执行的写命令越来越多，AOF文件也会越来越大；过大的AOF文件不仅会影响服务器的正常运行，也会导致数据恢复需要的时间过长。

文件重写是指定期重写AOF文件，减小AOF文件的体积。需要注意的是，AOF重写是把Redis进程内的数据转化为写命令，同步到新的AOF文件；不会对旧的AOF文件进行任何读取、写入操作!

关于文件重写需要注意的另一点是：对于AOF持久化来说，文件重写虽然是强烈推荐的，但并不是必须的；即使没有文件重写，数据也可以被持久化并在Redis启动的时候导入；因此在一些实现中，会关闭自动的文件重写，然后通过定时任务在每天的某一时刻定时执行。

文件重写之所以能够压缩AOF文件，原因在于：

• 过期的数据不再写入文件
• 无效的命令不再写入文件：如有些数据被重复设值(set mykey v1, set mykey v2)、有些数据被删除了(sadd myset v1, del myset)等等
• 多条命令可以合并为一个：如sadd myset v1, sadd myset v2, sadd myset v3可以合并为sadd myset v1 v2 v3。不过为了防止单条命令过大造成客户端缓冲区溢出，对于list、set、hash、zset类型的key，并不一定只使用一条命令；而是以某个常量为界将命令拆分为多条。这个常量在redis.h/REDIS_AOF_REWRITE_ITEMS_PER_CMD中定义，不可更改，3.0版本中值是64。

文件重写的触发

文件重写的触发，分为手动触发和自动触发：

• 手动触发：直接调用bgrewriteaof命令，该命令的执行与bgsave有些类似：都是fork子进程进行具体的工作，且都只有在fork时阻塞。

• 自动触发：根据auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage参数，以及aof_current_size和aof_base_size状态确定触发时机。

  • auto-aof-rewrite-min-size：执行AOF重写时，文件的最小体积，默认值为64MB。
  • auto-aof-rewrite-percentage：执行AOF重写时，当前AOF大小(即aof_current_size)和上一次重写时AOF大小(aof_base_size)的比值。

其中，参数可以通过config get命令查看：

状态可以通过info persistence查看：

只有当auto-aof-rewrite-min-size和auto-aof-rewrite-percentage两个参数同时满足时，才会自动触发AOF重写，即bgrewriteaof操作。

文件重写的流程

文件重写流程如下图所示：

关于文件重写的流程，有两点需要特别注意：

(1)重写由父进程fork子进程进行；

(2)重写期间Redis执行的写命令，需要追加到新的AOF文件中，为此Redis引入了aof_rewrite_buf缓存。

对照上图，文件重写的流程如下：

1. Redis父进程首先判断当前是否存在正在执行 bgsave/bgrewriteaof的子进程，如果存在则bgrewriteaof命令直接返回，如果存在bgsave命令则等bgsave执行完成后再执行。前面曾介绍过，这个主要是基于性能方面的考虑。

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。

3. 父进程fork后，bgrewriteaof命令返回”Background append only file rewrite started”信息并不再阻塞父进程，并可以响应其他命令。Redis的所有写命令依然写入AOF缓冲区，并根据appendfsync策略同步到硬盘，保证原有AOF机制的正确。

4. 由于fork操作使用写时复制技术，子进程只能共享fork操作时的内存数据。由于父进程依然在响应命令，因此Redis使用AOF重写缓冲区(图中的aof_rewrite_buf)保存这部分数据，防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据。也就是说，bgrewriteaof执行期间，Redis的写命令同时追加到aof_buf和aof_rewirte_buf两个缓冲区。

5. 子进程根据内存快照，按照命令合并规则写入到新的AOF文件。

6. 子进程写完新的AOF文件后，向父进程发信号，父进程更新统计信息，具体可以通过info persistence查看。

7. 父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件，这样就保证了新AOF文件所保存的数据库状态和服务器当前状态一致。

8. 使用新的AOF文件替换老文件，完成AOF重写。

启动时加载

当AOF开启时，Redis启动时会优先载入AOF文件来恢复数据；只有当AOF关闭时，才会载入RDB文件恢复数据。

文件校验

与载入RDB文件类似，Redis载入AOF文件时，会对AOF文件进行校验，如果文件损坏，则日志中会打印错误，Redis启动失败。但如果是AOF文件结尾不完整(机器突然宕机等容易导致文件尾部不完整)，且aof-load-truncated参数开启，则日志中会输出警告，Redis忽略掉AOF文件的尾部，启动成功。aof-load-truncated参数默认是开启的：

伪客户端

因为Redis的命令只能在客户端上下文中执行，而载入AOF文件时命令是直接从文件中读取的，并不是由客户端发送；因此Redis服务器在载入AOF文件之前，会创建一个没有网络连接的客户端，之后用它来执行AOF文件中的命令，命令执行的效果与带网络连接的客户端完全一样。

AOF的优势

• 该机制可以带来更高的数据安全性，即数据持久性。Redis中提供了3中同步策略，即每秒同步、每修改同步和不同步。事实上，

  • 每秒同步也是异步完成的，其效率也是非常高的，所差的是一旦系统出现宕机现象，那么这一秒钟之内修改的数据将会丢失。
  • 每修改同步，我们可以将其视为同步持久化，即每次发生的数据变化都会被立即记录到磁盘中。可以预见，这种方式在效率上是最低的。
  • 无同步，字面意思。

• 由于该机制对日志文件的写入操作采用的是append模式，因此在写入过程中即使出现宕机现象，也不会破坏日志文件中已经存在的内容。然而如果我们本次操作只是写入了一半数据就出现了系统崩溃问题，不用担心，在Redis下一次启动之前，我们可以通过redis-check-aof工具来帮助我们解决数据一致性的问题。

• 如果日志过大，Redis可以自动启用rewrite机制。即Redis以append模式不断的将修改数据写入到老的磁盘文件中，同时Redis还会创建一个新的文件用于记录此期间有哪些修改命令被执行。因此在进行rewrite切换时可以更好的保证数据安全性。

• AOF包含一个格式清晰、易于理解的日志文件用于记录所有的修改操作。事实上，我们也可以通过该文件完成数据的重建。

AOF的劣势

• 对于相同数量的数据集而言，AOF文件通常要大于RDB文件（比如，一个 key 多次写入，这个过程整个都会在恢复时在现）。RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。

• 根据同步策略的不同，AOF在运行效率上往往会慢于RDB。总之，每秒同步策略的效率是比较高的，同步禁用策略的效率和RDB一样高效。

二者选择的标准，就是看系统是愿意牺牲一些性能，换取更高的缓存一致性（aof），还是愿意写操作频繁的时候，不启用备份来换取更高的性能，待手动运行save的时候，再做备份（rdb）。rdb这个就更有些 eventually consistent的意思了。

两种方式的常用配置

RDB持久化配置

Redis会将数据集的快照dump到dump.rdb文件中。此外，我们也可以通过配置文件来修改 Redis服务器dump快照的频率，在打开redis.conf文件之后，我们搜索 save ，可以看到下面的配置信息：

• 默认备份的时间间隔

save 900 1              #在900秒(15分钟)之后，如果至少有1个key发生变化，则dump内存快照。

save 300 10            #在300秒(5分钟)之后，如果至少有10个key发生变化，则dump内存快照。

save 60 10000        #在60秒(1分钟)之后，如果至少有10000个key发生变化，则dump内存快照。

• 默认备份的文件名称

# The filename where to dump the DB
dbfilename dump.rdb

• 默认备份的 RDB 文件位置

# Note that you must specify a directory here, not a file name.
dir /usr/local/var/db/redis/

• 是否开启RDB文件压缩

# the dataset will likely be bigger if you have compressible values or keys.
rdbcompression yes

• 是否开启RDB文件校验

# tell the loading code to skip the check.
rdbchecksum yes

• bgsave出现错误时，redis是否停止执行写命令。

# continue to work as usual even if there are problems with disk,
# permissions, and so forth.
stop-writes-on-bgsave-error yes

设置为yes，则当硬盘出现问题时，可以及时发现，避免数据的大量丢失；设置为no，则Redis无视bgsave的错误继续执行写命令，当对Redis服务器的系统(尤其是硬盘)使用了监控时，该选项考虑设置为no

动态设定：Redis 启动后也可以动态修改 RDB 存储路径，在磁盘空间不足时非常有用。执行命令如下：
config set dir {newdir} 和 config set dbfilename {newFileName}。

AOF持久化配置

• 开启 AOF 持久化模式

# Please check http://redis.io/topics/persistence for more information.

appendonly yes  # appendonly no   yes 为 开

# The name of the append only file (default: "appendonly.aof")

appendfilename "appendonly.aof"  # 存储记录的文件名

• 在Redis的配置文件中存在三种同步方式，它们分别是：

# appendfsync always      # 每次有数据修改发生时都会写入AOF文件。

appendfsync everysec      # 每秒钟同步一次，该策略为AOF的缺省策略。优先

# appendfsync no          # 从不同步。高效但是数据不会被持久化。

• 其他配置

# "no" that is the safest pick from the point of view of durability.

no-appendfsync-on-rewrite no  # AOF重写期间是否禁止fsync；如果开启该选项，可以减轻文件重写时CPU和硬盘的负载（尤其是硬盘），但是可能会丢失AOF重写期间的数据；需要在负载和安全性之间进行平衡

# rewrite feature.

auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb


# will be found.
aof-load-truncated yes # 如果AOF文件结尾损坏，Redis启动时是否仍载入AOF文件

RDB 模式和 AOF 模式的恢复

Redis崩溃后，重启redis会自动找备份恢复文件。

RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的，并没有专门的命令。但是由于AOF的优先级更高，因此当AOF开启时，Redis会优先载入AOF文件来恢复数据；只有当AOF关闭时，才会在Redis服务器启动时检测RDB文件，并自动载入。服务器载入RDB文件期间处于阻塞状态，直到载入完成为止。

Redis启动日志中可以看到自动载入的执行。

Redis载入RDB文件时，会对RDB文件进行校验，如果文件损坏，则日志中会打印错误，Redis启动失败。

下图大致描述了redis重启后的过程。

参考文档：来源一 来源二 来源三 来源四-包含持久化的策略选择