Redis持久化 - RDB（Redis Database）

         Redis是内存数据库，它将自己的数据存储在内存中，如果不想办法把数据保存到磁盘里面，一旦服务器进程退出，那么服务器的数据就会消失不见。为了解决这个问题，Redis提供了RDB持久化功能，这个功能可以将Redis在内存中的数据保存到磁盘中，防止数据丢失。

       Redis持久化既可以手动执行，也可以根据服务器配置定期执行，该功能可以将某个时间点的数据保存到一个RDB文件中。

       Redis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，可以通过该文件还原生成RDB文件时的数据。因为RDB文件存放在磁盘中，所以即使宕机，我们也可以通过RDB文件恢复Redis数据。

1、RDB文件的创建和载入

1）创建

       有两个Redis命令可以生成RDB文件，一个是SAVE，一个是BGSAVE

• SAVE命令会阻塞服务进程，期间服务器不能处理任何命令请求。只有执行完SAVE命令之后，客户端发送的命令才会被执行。

func SAVE(){
    // 创建rdb文件
    rdbSAVE()
}

• BGSAVE命令不会阻塞服务进程，会派生出一个子进程，然后由子进程创建RDB文件，服务器进程继续处理命令请求
  

def BGSAVE () :
    # 创建子进程
    pid = forkl
    if pid == 0:
        # 子进程货责创建RDB 文件
        rdbsave()
        ＃ 完成之后向父进程发送信号
        signal_parent ()
    elif pid > 0:
        # 父进程經续处理命令请求，并通过轮询等待子进程的信号
        kandle_request_and_wait_signal()
    else:
        ＃处理出错情况
        handle_fork_error()

2）载入

RDB文件的载入是在服务器启动时自动执行的，只要Redis服务器在启动时检测到RDB文件的存在，它就会自动载入RDB文件。服务器在载入RDB另外AOF文件的更新频率比RDB更新频率高，所以：

• 如果服务器开启AOF持久化功能，那么优先使用AOF文件还原数据
• 只有在AOF功能关闭时，服务器才会使用RDB文件来还原数据

载入RDB文件的实际工作由rdb.c/rdbLoad函数完成。

2、BGSAVE自动间隔保存的底层实现

2.1 save选项配置

BGSAVE命令可以在不阻塞服务进程的情况下执行，所以Redis允许用户通过设置服务器的save选项，让服务器每隔一段时间自动执行一次BGSAVE命令。例如，如果我们向服务器提供以下配置：

    时间间隔 次数
save  900   1
save  300   10
save  60    10000

那么只要满足以下三个条件中的任意一个，BGSAVE命令就会被执行：

• 服务器在900秒内，对数据库进行了至少1次的修改。
• 服务器在300秒内，对数据库进行了至少10次的修改。
• 服务器在600秒内，对数据库进行了至少10000次的修改。

2.2 保存save配置的底层结构

服务器程序会根据save选项，设置服务器状态redisService结构的saveparams属性：

structredisService{
//记录了保存条件的数组structsaveparam*saveparams;
};

saveparams属性是一个数据，数组中的每个元素都是一个saveparam结构，每个saveparam结构都保存了一个save选项设置的保存条件：

structsaveparam{
// 秒数time_tseconds;
// 修改数intchanges;
};

上面举例的save选项的saveparams结构如下：

2.3 BGSAVE自动间隔性保存的实现流程

BGSAVE实现需要两个步骤：

1. dirty计数器和lastsave记录已修改的次数和上次执行save/bgsave的时间戳
2. 检查是否满足保存条件

2.3.1 dirty计数器和lastsave属性

服务器除了saveparams数组之外，还维持着一个dirty计数器和一个lastsave属性：

• dirty计数器记录距离上一次成功执行SAVE/BGSAVE命令之后，服务器读数据库进行了多少次修改（包括写入、删除、更新等操作）。
• lastsave属性是一个UNIX时间戳，记录了服务器上一次成功执行SAVE/BGSAVE命令的时间

structredisServer{
//修改计数器longlongdirty;
// 上一次执行保存时间time_tlastlave;
};

当服务器成功执行了一个数据库修改命令之后，程序就会对dirty计数器进行更新：命令修改了多少次数据库，dirty计数器的值就会增加多少。

上图展示了服务器包含的dirty计数器和lastsave属性，说明如下：

• dirty计数器的值为123，表示服务器在上次保存之后，对数据库状态进行了123次修改。
• lastsave属性则记录了服务器上次执行保存操作的时间为1378270800.

2.3.2 检查是否满足保存条件

Redis的服务器周期操作函数serverCron默认每隔100毫秒就会执行一次，它的其中一项工作就是检查save选项中设置的保持条件是否满足，如果满足就执行BGSAVE命令。

serverCron函数检查保存条件的过程伪代码：

defserverCron():
# 遍历所有保存条件forsaveparaminserver.saveparams:
# 计算距离上次执行保存操作有多少秒save_interval=time.time() -saver.lastsave# 如果数据图的修改次数超过条件所设置的次数# 并且距离上次保存的时间超过条件所设置的时间#那么执行保存操作if (
server.dirty>=serparam.changesandsave_interval>saveparam.seconds        ):
BGSAVE()

程序会遍历检查saveparams数组中的所有保存条件，只要有任意一个条件被满足，那么服务器就会执行BGSAVE命令

3 RDB文件结构

RDB文件名为：dump.rdb;下图展示了一个完整的RDB文件包含的各个部分：

• REDIS：5字节，程序在载入文件时，可以通过这5个字节判断是否是RDB文件。
• db_version：4字节，记录RDB文件的版本号。
• databases：redis的数据库，包含各个数据库中的键值对数据。
• EOF：1字节，标志RDB正文的结束。
• check_sum：用于检查RDB文件是否损坏或者出错。

3.1 databases结构

下图展示了databases结构：

• SELECTDB：1字节，当程序遇到这个值，它将会知道接下来要读的是一个数据库号码。
• db_number：数据库号码，服务器会调用SELECT，根据读入的数据库号码进行数据库切换。
• key_value_pairs：保存了数据库中的所有键值对数据。

下图展示了一个完整的RDB文件结构：

3.2 key_value_pairs结构

RDB文件中的每个key_value_pairs部分都保存了一个或以上数量的键值对，如果键值对带有过期时间的话，那么键值对的过期时间也会被保存在内。

• 不带过期时间的键值对：

• 带过期时间的键值对

其中TYPE表示该键值对的类型