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redis 持久化 RDB 和 AOF

简介:

Redis 持久化:

提供了多种不同级别的持久化方式:一种是 RDB ,另一种是 AOF 。
RDB 持久化可以在指定的时间间隔内生成数据集的时间点快照(points-to-time snapshot)
AOF 持久化记录服务器执行的所有写操作命令,并在服务器启动时,通过重新执行这些命令来还原数据集。AOF 文件中的命令全部以Redis协议的格式来保存,新命令会被追加到文件的末尾。Redis还可以在后台对AOF 文件进行重写(rewrite),使得 AOF 文件的体积不会超出保存数据集状态所需的实际大小。Redis还可以同时使用 AOF 持久化和 RDB 持久化。在这种情况下,当 Redis 重启时,它会优先使用 AOF 文件来还原数据集,因为 AOF 文件保存的数据集通常比 RDB 文件所保存的数据集更完整。你甚至可以关闭持久化功能,让数据只在服务器运行时存在。


了解 RDB 持久化和 AOF 持久化之间的异同是非常重要的,以下几个小节将详细的介绍这两种持久化功能,并对它们相同和不同之处进行说明。

RDB 优点:
RDB 是一个非常紧凑的文件,它保存了redis在某个时间点上的数据集。这种文件非常适用于进行备份:比如说,你可以在24小时内,每小时备份一次 RDB 文件,并且在每个月的每一天,也备份一个 RDB 文件。这样的话,即使遇到问题,也可以随时将数据集还原到不同的版本。RDB 非常适用于灾难恢复;它只有一个文件,并且内容都非常紧凑,可以(在加密后)将它传送到别的数据中心或者云主机。RDB 可以最大化 Redis 的性能;父进程在保存 RDB 文件时唯一要做的就是 fork() 出一个子进程,然后这个子进程就会处理接下来的所有保存工作,父进程无需执行任何 I/O 操作。 RDB 在恢复大数据集时的速度比 AOF 的恢复速度要快。

RDB 的缺点:
如果你需要尽量避免在服务器故障时丢失数据,那么 RDB 不适合你。虽然redis允许你设置不同的保存点来控制保存 RDB 文件的频率,但是,因为 RDB 文件需要保存整个数据集的状态,所以它并不是一个轻松的操作。因此你可能会至少5分钟才保存一次 RDB 文件。在这种情况下,一旦发生故障停机,你就可能会失去好几分钟的数据。每次保存 RDB 的时候, Redis 都要 fork() 出一个子进程,并由子进程来进行实际的持久化工作。在数据集比较庞大的时候, fork() 可能会非常耗时,造成服务器在某某毫秒内停止处理客户端;如果数据集非常巨大,并且 CPU 时间非常紧张的话,那么这种停止时间甚至可能会长达整整一秒。虽然AOF重新也需要进行 fork(),但无论 AOF 重写的执行间隔有多长,数据的持久性都不会有任何损失。

AOF 的优点:
使用 AOF 持久化会让 Redis 变得非常耐久:你可以设置不同的 fsync 策略,比如无 fsync,每秒钟一次 fsync,或者每次执行写入命令是 fsync 。AOF 的默认策略为每秒钟 fsync 一次,在这种配置下, Redis 仍然可以保持良好的性能,并且就算发生故障停机,也最多只会丢失一秒钟的数据(fsync 会在后台线程执行,所以主线程可以继续努力地处理命令请求。)AOF文件是一个只进行追加操作的日志文件(append only log),因此对AOF文件的写入不需要进行 seek,即使日志因为某些原因而包含了未写入完整的命令(比如写入时磁盘已满,写入中途停机等等),redis-check-aof 工具也可以轻易的修复这种问题。

Redis 可以在 AOF 文件体积变得过大时,自动地在后台对 AOF 进行重写:重写后的新 AOF 文件包含了恢复当前数据集所需的最小命令集合。整个重新操作是绝对安全的,因为redis在创建新 AOF 文件的过程中,会继续将命令追加到现有的 AOF 文件里面,即使重新过程中发生停机,现有的 AOF 文件也不会丢失。而一旦新 AOF 文件创建完毕, Redis 就会从旧 AOF 文件切换到新 AOF 文件,并开始对新 AOF 文件进行追加操作。 AOF 文件有序地保存了对数据库执行的所有写入操作,这些写入操作以 Redis 协议的格式保存,因此 AOF 文件的内容非常容易被人读懂,对文件分析也很轻松。导出 AOF 文件也非常简单;举个例子,如果你不小心执行了 FLUSHALL 命令,但只要 AOF 文件未被重写,那么只要停止服务器,移除 AOF 文件末尾的 FLUSHALL 命令,并重启 Redis ,就可以将数据集恢复到 FLUSHALL 执行之前的状态。

AOF 的缺点:
对于相同的数据集来说, AOF 文件的体积通常要大于 RDB 文件的体积。根据所使用的 fsync 策略, AOF 的速度可能会慢于 RDB 。在一般情况下,每秒 fsync 的性能依然非常高,而关闭 fsync 可以放 AOF 的速度和 RDB 一样快,即使在高负荷之下也是如此。不过在处理巨大的写入载入时, RDB 可以提供更有保证的最大延迟时间。 AOF 在过去层发生过这样的 bug :因为个别命令的原因,导致 AOF 文件在重新载入时,无法将数据集恢复成保存时的原样。(举个例子,阻塞命令 BRPOPLPUSH 就曾经引起这样的 bug 。测试套件里为这种情况添加了测试:它们会自动生成随机的、复杂的数据集,并通过重新载入这些数据来确保一切正常。虽然这种 bug 在 AOF 文件中并不常见,但是对比来说, RDB 几乎是不可能出现这种 bug 的。)

RDB 和 AOF,我应该用哪一个?
一般来说如果想达到足以媲美 PostgreSQL 的数据安全性,你应该同时使用两种持久化功能。如果你非常关心你的数据,但仍然可以承受数分钟以内的数据丢失,那么你可以只使用 RDB 持久化。有很多用户都只使用 AOF 持久化,但我们并不推荐这种方式:因为定时生成 RDB 的快照非常便于进行数据库备份,并且 RDB 恢复数据集的速度也要比 AOF 恢复的速度要快,除此之外,使用 RDB 还可以避免之前提到的 AOF 程序的 bug 。因为以上提到的种种原因,未来我们可能会将 AOF 和 RDB 整合成单个持久化模型(这是一个长期计划)。

RDB 快照:
在默认情况下, Redis 将数据库快照保存在名字为 dump.rdb 的二进制文件中。你可以对 Redis 进行设置,让它在“N秒内数据集至少有M个改动”这一条件被满足时,自动保存一次数据集。你也可以通过调用 SAVE 或者 BGSAVE ,手动让 Redis 进行数据集保存操作。比如说,以下设置会让 Redis 满足“60秒内有至少1000 个键被改动”这一条件时,自动保存一次数据集:
save 60 1000
这种持久化方式被称为快照 (snapshot)。

快照的运作方式:
当 Redis 需要保存 dump.rdb 文件时,服务器执行以下操作:
Redis 调用 fork() ,同时拥有父进程和子进程。
子进程将数据集写入到一个临时的 RDB 文件中。当子进程完成对新 RDB 文件的写入时, Redis 用新 RDB 文件替换原来的 RDB 文件,并删除旧的 RDB 文件。
这种方式使得 Redis 可以从写时复制机制中获益

只进行追加操作的文件(append-only file,AOF)
快照功能并不是非常耐久:如果 Redis 因为某些原因而造成故障停机,那么服务器将丢失最近写入、且仍未保存到快照中的那些数据。尽管对于某些程序来说,数据的耐久性并不是最重要的考虑因素,但是对于那些追求完全耐久能力的程序员来说,快照功能就不太适用了。

从 1.1 版本开始, Redis 增加了一种完全耐久的持久化方式: AOF 持久化。
你可以通过修改配置文件来打开 AOF 功能:
appendonly yes
从现在开始,每当 Redis 执行一个改变数据集的命令式(比如 SET),这个命令就会被追加到 AOF 文件的末尾。
这样的话,当redis重新启动时,程序就可以通过重新执行 AOF 文件中的命令来达到重建数据集的目的。

AOF 重写:
因为 AOF 的运作方式是不断地将命令追加到文件的末尾,所以随着写入命令的不断增加, AOF 文件的体积也变得越来越大。举个例子,如果你对一个计数器调用了 100 次 INCR ,那么仅仅是为了保存这个计数器的当前值, AOF 文件就需要使用 100 条记录。然而在实际上,只使用一条 SET 命令已经足以保存计数器的当前值了,其余 99 条记录实际上都是多余的。为了处理这种情况, Redis 支持一种有趣的特性:可以在不断服务客户端的情况下,对 AOF 文件进行重建。执行 BGREWRITEAOF 命令, Redis 将生产一个新的 AOF 文件,这个文件包含重建当前数据集所需的最少命令。

AOF 有多耐久?
你可以配置 Redis 多久才将数据 fsync 到磁盘一次。
有三个选项:
每次有新命令追加到 AOF 文件时就执行一次 fsync :非常慢,也非常安全。
每秒 fsync 一次:足够快(和使用 RDB 持久化差不多,)并且在故障时只会丢失1秒钟的数据。
从不 fsync :将数据交给操作系统来处理。更快,也更不安全的选择。
推荐(并且也是默认)的措施为每秒 fsync 一次,这种 fsync 策略可以兼顾速度和安全性。
总是 fsync 的策略在实际使用中非常慢,即使在 Redis2.0 对相关的程序进行了改进之后仍是如此。频繁调用 fsync 注定了这种策略不可能快得起来。

如果 AOF 文件出错了,怎么办?
服务器可能在程序正在对AOF文件进行写入时停机,如果停机造成了AOF文件出错,那么 Redis 在重启时会拒绝载入这个 AOF 文件,从而确保数据的一致性不会被破坏。

当发生 AOF 文件出错时,可以用以下方法来修复出错的 AOF 文件:
为现有的 AOF 文件创建一个备份。
使用 Redis 附带的 redis-check-aof 程序,对原来的AOF 文件进行修复。
redis-check-aof –fix
使用 diff -u 对比修复后的 AOF 文件和原始 AOF 文件的备份,查看两个文件之间的不同之处。
重启 Redis 服务器,等待服务器载入修复后的 AOF 文件,并进行数据恢复。

AOF 的运作方式
AOF 重新和 RDB 创建快照一样,都巧妙的利用了写时复制机制。

以下是 AOF 重新的执行步骤:
redis执行fork(),现在同时拥有父进程和子进程。
子进程开始将新 AOF 文件的内容写入到临时文件,对于所有新执行的写入命令,父进程一边将它们积累到一个内存缓存中,一边将这些改动追加到现有 AOF 文件的末尾;这样即使在重写的中途发生停机,现有的 AOF 文件也还是安全的。当子进程重写工作时,它会给父进程发送一个信号,父进程在接收到信号之后,将内存缓存中的所有数据追加到新 AOF 文件的末尾。现在 redis 原子地用新文件替换旧文件,之后所有命令都会直接追加到新 AOF 文件的末尾。

为最新的 dump.rdb 文件创建一个备份。
将备份放到一个安全的地方。
执行以下两条命令:
redis-cli> CONFIG SET appendonly yes
redis-cli> CONFIG SET save “”
确保命令执行之后,数据库的键的数量没有改变。
确保写命令会被正确地追加到 AOF 文件的末尾。
步骤 3 执行的第一条命令开启了 AOF 功能: Redis 会阻塞直到初始 AOF 文件创建完成为止,之后 Redis 会继续处理命令请求,并开始将写入命令追加到 AOF 文件末尾。
步骤 3 执行的第二条命令用于关闭 RDB 功能。 这一步是可选的,如果你愿意的话,也可以同时使用 RDB 和 AOF 这两种持久化功能。
别忘了在 redis.conf 中打开 AOF 功能!否则的话,服务器重启之后,之前通过 CONFIG SET 设置的配置就会被遗忘,程序会按原来的配置来启动服务器。

RDB 和 AOF 之间的相互作用:
在版本号大于等于 2.4 的 Redis 中, BGSAVE 执行的过程中,不可以执行 BGRWRITEAOF 。 反过来说,在 BGRWRITEAOF 执行的过程中,也不可以执行 BGSAVE 。

这可以防止两个 Redis 后台进程同时对磁盘进行大量的 I/O 操作。
如果 BGSAVE 正在执行,并且用户显示地调用 BGRWRITEAOF 命令,那么服务器将向用户回复一个 OK 状态,并告知用户, BGRWRITEAOF 已经被预定执行; 一旦 BGSAVE 执行完毕, BGRWRITEAOF 就会正式开始。当 Redis 启动时,如果 RDB 持久化和 AOF 持久化都被打开了,那么程序会优先使用 AOF 文件来恢复数据集,因为 AOF 文件所保存的数据通常是最完整的。

备份 Redis 数据:
Redis 对于数据备份是非常友好的,因为你可以在服务器运行的时候对 RDB 文件进行复制: RDB 文件一旦被创建,就不会进行任何修改。 当服务器要创建一个新的 RDB 文件时,它先将文件的内容保存在一个临时文件里面,当临时文件写入完毕时,程序才使用临时文件替换原来的 RDB 文件。这也就是说,无论何时, 复制 RDB 文件都是绝对安全的。

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