【Redis进阶】RDB持久化策略

news2024/10/6 16:19:40

1. 浅谈持久化

持久化：能够在重启主机/进程的时候，将数据从硬盘中恢复到内存的特性。
持久化相信大家都是不陌生的，毕竟MySQL中事务ACID四大特性中就包含持续性这样的特点，所谓持久化，本质上就是将数据保存在硬盘上；不持久化就意味着将数据保存在内存中。
Redis的持久化机制：对于Redis而言，将数据保存在内存中是其效率高的重要原因，但是为了保证数据的可靠性，Redis也提供了持久化机制。那么问题来了，Redis的持久化机制会影响到Redis的性能吗？大概率是不会的，因为Redis查询数据的时候仍然是从内存中读取，只是额外将数据多保存了一份在硬盘上，额外内存开销也没有很大，Redis具体提供了RDB、AOF两种机制进行持久化。

2. RDB机制

RDB（Redis DataBase）：简单来说，Redis会定期的将内存的全量数据生成一个快照（dump.rdb文件），然后保存在硬盘中。
这个快照就类似于警察到达案发现场后，就会在周围设立警戒线，然后拍照保存现场状态。当Redis遇到特殊情况（断电）进程异常退出后，尽管内存数据丢失，仍旧可以通过这个快照文件进行恢复

2.1 RDB触发时机

RDB的触发时机有两种情况：

手动触发：即通过客户端命令的方式执行生成快照的过程
1. save命令：当执行save命令后，redis服务器就会全力以赴的生成这个RDB快照文件，进而阻塞其余redis客户端命令的执行（不推荐×）
2. bgsave命令：即通过后台方式运行，此处redis服务器会fork出一个子进程，然后由子进程完成生成RDB快照的任务，此时主进程仍然可以处理其余的redis客户端命令
自动触发：在redis的配置文件（redis.conf）配置经过多长时间 / 经过多少次修改。

关于RDB快照文件的存储位置在redis的配置文件（redis.conf）中有明确定义：

此处我的云服务器默认dump.rdb文件就生成在./的工作目录下，当我们使用vim dump.rdb查看这个文件

我们观察该文件的格式，可以发现该RDB文件是一个二进制文件，后续redis重启后，就会尝试该文件，如果格式出现错误，就有可能会出现加载失败！

由于dump.rdb文件非常重要，因此不要随意修改！redis还提供了一些客户端命令例如redis-check-rdb等用于检查rdb文件是否正确

总结：

redis默认开启了RDB策略，会自动生成dump.rdb快照文件，该文件路径可以在配置文件redis.conf目录进行配置
dump.rdb文件是一个二进制压缩文件
可以通过手动触发/自动触发两种方式来生成RDB镜像文件

2.2 bgsave执行流程

当redis服务器处理bgsave命令就会执行以下流程：

执行流程：

服务器接收bgsave命令
服务器主进程就会fork出一个子进程，此时主进程可以继续执行其余客户端命令
子进程具有和父进程相同的内存数据，就可以依据这些数据生成rdb二进制文件（存放在一个临时文件中），处理完后才会将新的临时文件覆盖原先的rdb文件
当子进程任务完成之后就会使用信号机制通知父进程

2.3 RDB自动触发策略

由于rdb文件并不是实时更新的，因此我们还需要查看redis.conf配置的触发条件：

上述配置项就配置了RDB的触发策略：save 经过时间修改次数，因此上面三项配置就是：

在3600s内修改次数达到1次，就会在3600s（1小时）生成RDB文件
在360s内修改次数达到100次，就会在300s（5分钟）生成RDB文件
在60s内修改次数达到10000次，就会在60s（1分钟）生成RDB文件

事实上我们可以在配置项中任意更改，但需要满足一定条件：生成RDB的频率不能太高，因为生成一次RDB快照需要将内存中的全量数据全部压缩，成本比较大

RDB的缺点：正是因为RDB采用的是每隔一定时间进行RDB快照生成，例如如果配置为save 5 1，那么当前执行过一次RDB策略，但是接下来5min之类有大量请求涌入，就在某一刻，系统断电了，此时RDB文件没有进行更新，导致了数据不一致的情况

2.4 实操

理论大致讲完了，现在我们进行实操验证：
场景一：手动执行save/bgsave生成快照

127.0.0.1:6379> set k1 111
OK
127.0.0.1:6379> set k2 222
OK
127.0.0.1:6379> set k3 333
OK
127.0.0.1:6379> bgsave
Background saving started

当我们尝试强制杀死redis进程的时候，重启redis服务，观察能否恢复内存数据：

[root@VM-16-5-opencloudos redis]# ps -aux | grep 6379
redis        672  0.1  0.2 136452  5108 ?        Ssl  Jun11   6:39 /www/server/redis/src/redis-server 0.0.0.0:6379
root     2667081  0.0  0.1   6792  2048 pts/0    S+   14:58   0:00 grep --color=auto 6379
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# kill -9 672
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# systemctl restart redis
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# redis-cli
127.0.0.1:6379> keys *
1) "k3"
2) "k1"
3) "k2"

可以看到内存数据已经被恢复到内存中了！
场景二：插入新数据后不执行bgsave命令

127.0.0.1:6379> keys *
1) "k3"
2) "k1"
3) "k2"
127.0.0.1:6379> set k4 444
OK
127.0.0.1:6379> exit
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# ps -aux | grep redis
redis    2667513  0.1  0.6 136452 11640 ?        Ssl  14:59   0:01 /www/server/redis/src/redis-server 0.0.0.0:6379
root     2673606  0.0  0.1   6792  2048 pts/0    S+   15:11   0:00 grep --color=auto redis
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# kill -9 2667513
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# systemctl restart redis
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# redis-cli
127.0.0.1:6379> keys *
1) "k3"
2) "k2"
3) "k1"

此时就可以证明redis是根据dump.rdb快照文件恢复数据的，但是其中没有新添加的k4信息，因此不会恢复到内存中

这里需要注意：我们必须要通过kill -9的方式杀死进程，如果使用一些例如systemctl stop redis等命令，redis会在shutdown之前进行生成RDB的过程，如下几种方式都可以生成RDB快照

执行save/bgsave/自动触发
进行主从复制
执行shutdown等命令

场景三：观察执行bgsave文件替换过程
前面我们提到过，当执行bgsave命令时子进程会将数据文件存放到临时文件中，然后再替换原有的RDB文件，我们可以通过Linux文件系统的stat命令查看文件inode编号：

[root@VM-16-5-opencloudos redis]# stat dump.rdb
  File: dump.rdb
  Size: 2151      	Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 252,1	Inode: 829479      Links: 1
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# redis-cli
127.0.0.1:6379> bgsave
Background saving started
127.0.0.1:6379> exit
[root@VM-16-5-opencloudos redis]# stat dump.rdb
  File: dump.rdb
  Size: 2151      	Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: 252,1	Inode: 819717      Links: 1

可以发现dump.rdb文件的编号已经发生了改变

补充：在Linux上常见的文件系统组织方式（ext4）将整个文件系统分为了以下三大部分：

超级块（存放一些管理信息）
inode区（存放inode节点，每个文件都会被分配一个inode数据结构，存放各种元数据信息）
block区（存放文件的具体数据内容）

场景四：通过配置自动生成RDB

新增配置项：save 10 1（注意：更改完配置文件后一定要重启redis服务）

127.0.0.1:6379> keys *
(empty array)
127.0.0.1:6379> flushall
OK
127.0.0.1:6379> set k1 111
OK
127.0.0.1:6379> exit

在10s后重新观察dump.rdb文件就可以发现重新执行了RDB生成过程
场景五：故意改坏RDB文件，观察启动现象
当我们尝试在dump.rdb中间修改一些数据，使用kill -9 强制杀死redis服务，就会出现启动失败的现象，查看日志文件redis.log（在配置文件redis.conf可以配置）

我们也可以通过一些客户端工具，例如redis-check-rdb检查RDB文件格式：