麒麟v10 上部署 TiDB v5.1.2 生产环境优化实践
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2023-05-24
Redis居然还有比RDB和AOF更强大的持久化方式?
介绍
Redis中的数据存在内存中,如果突然宕机,那么内存中的数据将全部丢失。如果数据能从后端数据库恢复还好,如果数据只存在Redis中,那数据就全丢失了。并且如果请求量很多,MySQL服务器的压力会很大。
所以最好的方式是对数据进行持久化,并能当宕机的时候能快速恢复
「在Redis中有如下两种持久化方式,rdb快照和aof日志」
RDB
rdb就是对当前数据库的状态做一个快照,将某个阶段的数据通过二进制文件保存下来。你可以类比照相。内存中的数据越多,生成快照的时候就越长,同时将快照写入磁盘耗费的时间也越长。
「这时我们不经要问,生成快照会阻塞主线程吗?」 如果会阻塞主线程,则会影响正常请求的处理
在Redis中有两个命令可以用于生成RDB文件,一个是save,另一个是bgsave
save:在主线程中执行,会导致阻塞bgsave:主线程fork出一个子进程负责创建rdb文件,不会阻塞主线程
我们当然毫不犹豫的选择bgsave,毕竟不会阻塞主线程
「那当我们使用bgsave时生成镜像的时候数据还能被修改吗?」
如果数据允许被修改,会有很多问题。例如,bgsave子进程刚持久化完一个key,结果主线程就把这个key给删了,会造成数据不一致。
如果数据不允许被修改,那么所有写操作只能等到rdb文件生成完才能执行,影响性能。
「这时我们就不得不提到COW了,redis是使用多进程COW机制来实现快照持久化的」
Copy-On-Write,COW
Redis在进行持久化的时候,会fork出一个子进程,快照持久化交给子进程来完成。子进程刚刚产生的时候,它和父进程共享里面的数据段和代码段。所以在进程分离的一瞬间,内存的增长机会没有变化。
子进程做持久化,不会修改内存中的数据,但是主线程不一样,它会持久接收客户端的修改请求,然后修改内存中的数据。
这时就会使用操作系统的COW机制来进行数据段页面的分离。数据段由很多操作系统的页面组成,当父进程对其中一个页面的数据进行修改时,会将被共享的页面复制一份分离出来,然后对这个复制的页面进行修改。这时子进程相应的页面是没有变化的,还是进程产生时的数据。
随着父进程修改操作的进行,越来越多共享的页面被分离出来,页面就会持续增长,但是不超过原有内存的2倍。
「子进程中的数据一直没有变化,它就可以安心的做持久化了。」
如果每隔1分钟生成一个快照,宕机后还是会丢失快照生成后所执行的操作(最多为1分钟之内的操作)。我们把生成快照的时间缩短,又会影响Redis性能,毕竟fork子进程会阻塞主线程,频繁读写磁盘,也会给磁盘带来很大压力。
这是就不得不提到另一种持久化的方式,aof日志
AOF
当我们每次执行一条命令的时候,把对应的操作记到aof日志中,当redis宕机的时候我们只要重放日志就能恢复数据。而且Redis是以文本的形式保存aof日志的
例如当我们执行如下一条命令
set key value
aof文件中就会追加如下的内容
*3 $3 set $3 key $5 value
*3表示当前命令有3个部分,每部分都是由“$+数字开头”,数字表示命令,键或者值由几个字节组成
需要注意的是,「redis中记录的是写后日志」,即先执行命令,再写日志。那要是命令执行成功,还没有来得及写日志?那么服务宕机后这条命令不是丢失了?因为aof日志是在主线程中写入的,如果每次写日志都刷到磁盘,岂不是很影响性能?
好在redis给我们提供了三种写aof日志的方式
「always」:同步写回,写命令执行完就同步到磁盘
「everysec」:每秒写回,每个写命令执行完,只是先把日志写到aof文件的内存缓冲区,每隔1秒将缓冲区的内容写入磁盘
「no」:操作系统控制写回,每个写命令执行完,只是先把日志写到aof文件的内存缓冲区,由操作系统决定何时将缓冲区内容写回到磁盘
当aof的刷盘机制为always,redis每处理一次写命令,都会把写命令刷到磁盘中才返回,整个过程是在Redis主线程中进行的,势必会拖慢redis的性能
当aof的刷盘机制为everysec,redis写完内存后就返回,刷盘操作是放到后台线程中去执行的,后台线程每隔1秒把内存中的数据刷到磁盘中
当aof的刷盘机制为no,宕机后可能会造成部分数据丢失,一般不采用。
「一般情况下,aof刷盘机制配置为everysec即可」
aof日志是通过保存被执行的写命令来记录数据库状态的,随着时间的流逝,aof日志会越来越大,使用aof文件来还原数据所需要的时间也越来越长。有没有什么优化方案呢?此时aof日志重写登场了。
AOF日志重写
假如说客户端依次执行了如下5条命令
127.0.0.1:6379> rpush list 1 (integer) 1 // [1] 127.0.0.1:6379> rpush list 2 (integer) 2 // [1, 2] 127.0.0.1:6379> rpush list 3 (integer) 3 // [1, 2, 3] 127.0.0.1:6379> lpop list "1" // [2, 3] 127.0.0.1:6379> rpush list 1 (integer) 3 // [2, 3, 1]
单独记list这个key的状态就得有5条日志。要是能把这5条命令合并成 rpush list 2 3 1这个命令就好了。其实这就是aof日志重写要干的事情,那么如何实现呢?
虽然Redis将生成新的aof文件的功能命名为"aof重写",但是aof重写并不需要对现有aof文件进行任何读取,分析操作。而是直接读取读取内存中的最新值,然后保存对应的命令。
例如上面的例子,redis直接读取list的值,并生成一条rpush list 2 3 1命令放到aof日志中。
「可以看到aof重写是一个非常耗时的操作,那么它会阻塞主线程吗?」
不会,因为作为一种优化手段,Redis肯定不希望它被阻塞。所以每次重写的时候主线程fork出一个bgrewriteaof子进程。bgrewriteaof子进程使用Copy-On-Write技术来读取内存中的数据,写新的aof日志
「那在重写aof日志的过程中,主线程执行的操作该怎么写到新的aof日志中?」
其实在aof日志重写的过程中,主线程会把操作同步到aof缓冲区和aof重写缓冲区。当子线程完成aof重写,并且将aof重写缓冲区的内容,写入新的aof日志中时,就会用新的aof日志代替旧的aof日志
「Redis生成rdb文件和aof日志重写,都是通过主线程fork子进程的方式,让子进程来执行的」
Redis4.0混合持久化「当使用RDB做持久化时,宕机后会造成一部分数据的丢失」,此时可以缩短生成RDB快照的时间间隔,但是如果频繁的生成RDB快照,有会有如下两方面的问题
频繁的将全量数据写到磁盘,会给磁盘造成很大的压力
主线程fork子进程来生成rdb快照,子进程生成rdb快照不会阻塞主线程,但是主线程通过fork创建子进程的过程会阻塞主线程,主线程的内存越大,阻塞时间越长。
「当使用AOF做持久化的时候,数据完整性较高,但是宕机后恢复时间比较长。」
那有没有什么方法?即能做到快速恢复,又能保证数据完整性较高?
你别说,还真有。Redis4.0提出了一种混合持久化的方式。就是快照按照一定的频率执行,在2次快照之间,用aof日志记录这个期间所有的命令操作。当第2次快照生成的时候可以清空aof文件,因为此时命令已经记录到快照中了。
在Redis重启的时候,可以先加载rdb文件的内容,然后重放aof日志即可。
区别
rdbaof
持久化方式 生成某一时刻快照文件 实时记录写命令到日志 数据完整性 不完整,取决于备份周期 完整性相对较高,取决于刷盘机制 文件大小 二进制文件,相对较小 保存原始命令,文件较大 宕机恢复时间 快 慢 使用场景 宕机需要快速恢复,允许一定数量的数据丢失 对数据可靠性要求较高
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