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。
1. 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：
appendonly yes2. 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。
1) 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。
2) 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。
3) 文件重写(rewrite)
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
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。
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。
3.1) 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。
3.2) 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。
4) 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。
5.1) 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。
5.2) 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。
5.3) 使用新的AOF文件替换老文件，完成AOF重写。
3. 启动时加载
前面提到过，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。
当AOF开启，且AOF文件存在时，Redis启动日志：
当AOF开启，但AOF文件不存在时，即使RDB文件存在也不会加载(更早的一些版本可能会加载，但3.0不会)，Redis启动日志如下：
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常用配置总结
下面是AOF常用的配置项，以及默认值；前面介绍过的这里不再详细介绍。
appendonly no：是否开启AOF
appendfilename “appendonly.aof”：AOF文件名
dir ./：RDB文件和AOF文件所在目录
appendfsync everysec：fsync持久化策略
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
auto-aof-rewrite-percentage 100：文件重写触发条件之一
auto-aof-rewrite-min-size 64mb：文件重写触发提交之一
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
方案选择与常见问题（重点）
在介绍持久化策略之前，首先要明白无论是RDB还是AOF，持久化的开启都是要付出性能方面代价的：对于RDB持久化，一方面是bgsave在进行fork操作时Redis主进程会阻塞，另一方面，子进程向硬盘写数据也会带来IO压力；对于AOF持久化，向硬盘写数据的频率大大提高(everysec策略下为秒级)，IO压力更大，甚至可能造成AOF追加阻塞问题（后面会详细介绍这种阻塞），此外，AOF文件的重写与RDB的bgsave类似，会有fork时的阻塞和子进程的IO压力问题。相对来说，由于AOF向硬盘中写数据的频率更高，因此对Redis主进程性能的影响会更大。
实际生产环境中，根据数据量、应用对数据的安全要求、预算限制等不同情况，会有各种各样的持久化策略；如完全不使用任何持久化、使用RDB或AOF的一种，或同时开启RDB和AOF持久化等。此外，持久化的选择必须与Redis的主从策略一起考虑，因为主从复制与持久化同样具有数据备份的功能，而且主机master和从机slave可以独立的选择持久化方案。
下面分场景来讨论持久化策略的选择，下面的讨论也只是作为参考，实际方案可能更复杂更具多样性。
（1）如果Redis中的数据完全丢弃也没有关系（如Redis完全用作DB层数据的cache），那么无论是单机，还是主从架构，都可以不进行任何持久化。
（2）在单机环境下（对于个人开发者，这种情况可能比较常见），如果可以接受十几分钟或更多的数据丢失，选择RDB对Redis的性能更加有利；如果只能接受秒级别的数据丢失，应该选择AOF。
（3）但在多数情况下，我们都会配置主从环境，slave的存在既可以实现数据的热备，也可以进行读写分离分担Redis读请求，以及在master宕掉后继续提供服务。
在这种情况下，一种可行的做法是：
master：完全关闭持久化（包括RDB和AOF），这样可以让master的性能达到最好
slave：关闭RDB，开启AOF（如果对数据安全要求不高，开启RDB关闭AOF也可以），并定时对持久化文件进行备份（如备份到其他文件夹，并标记好备份的时间）；然后关闭AOF的自动重写，然后添加定时任务，在每天Redis闲时（如凌晨12点）调用bgrewriteaof。
这里需要解释一下，为什么开启了主从复制，可以实现数据的热备份，还需要设置持久化呢？因为在一些特殊情况下，主从复制仍然不足以保证数据的安全，例如：
master和slave进程同时停止：考虑这样一种场景，如果master和slave在同一栋大楼或同一个机房，则一次停电事故就可能导致master和slave机器同时关机，Redis进程停止；如果没有持久化，则面临的是数据的完全丢失。
master误重启：考虑这样一种场景，master服务因为故障宕掉了，如果系统中有自动拉起机制（即检测到服务停止后重启该服务）将master自动重启，由于没有持久化文件，那么master重启后数据是空的，slave同步数据也变成了空的；如果master和slave都没有持久化，同样会面临数据的完全丢失。需要注意的是，即便是使用了哨兵(关于哨兵后面会有文章介绍)进行自动的主从切换，也有可能在哨兵轮询到master之前，便被自动拉起机制重启了。因此，应尽量避免“自动拉起机制”和“不做持久化”同时出现。
（4）异地灾备：上述讨论的几种持久化策略，针对的都是一般的系统故障，如进程异常退出、宕机、断电等，这些故障不会损坏硬盘。但是对于一些可能导致硬盘损坏的灾难情况，如火灾地震，就需要进行异地灾备。例如对于单机的情形，可以定时将RDB文件或重写后的AOF文件，通过scp拷贝到远程机器，如阿里云、AWS等；对于主从的情形，可以定时在master上执行bgsave，然后将RDB文件拷贝到远程机器，或者在slave上执行bgrewriteaof重写AOF文件后，将AOF文件拷贝到远程机器上。一般来说，由于RDB文件文件小、恢复快，因此灾难恢复常用RDB文件；异地备份的频率根据数据安全性的需要及其他条件来确定，但最好不要低于一天一次。
（4）异地灾备：上述讨论的几种持久化策略，针对的都是一般的系统故障，如进程异常退出、宕机、断电等，这些故障不会损坏硬盘。但是对于一些可能导致硬盘损坏的灾难情况，如火灾地震，就需要进行异地灾备。例如对于单机的情形，可以定时将RDB文件或重写后的AOF文件，通过scp拷贝到远程机器，如阿里云、AWS等；对于主从的情形，可以定时在master上执行bgsave，然后将RDB文件拷贝到远程机器，或者在slave上执行bgrewriteaof重写AOF文件后，将AOF文件拷贝到远程机器上。一般来说，由于RDB文件文件小、恢复快，因此灾难恢复常用RDB文件；异地备份的频率根据数据安全性的需要及其他条件来确定，但最好不要低于一天一次。
fork阻塞：CPU的阻塞
在Redis的实践中，众多因素限制了Redis单机的内存不能过大，例如：
当面对请求的暴增，需要从库扩容时，Redis内存过大会导致扩容时间太长；
当主机宕机时，切换主机后需要挂载从库，Redis内存过大导致挂载速度过慢；
以及持久化过程中的fork操作，下面详细说明。
首先说明一下fork操作：
父进程通过fork操作可以创建子进程；子进程创建后，父子进程共享代码段，不共享进程的数据空间，但是子进程会获得父进程的数据空间的副本。在操作系统fork的实际实现中，基本都采用了写时复制技术，即在父/子进程试图修改数据空间之前，父子进程实际上共享数据空间；但是当父/子进程的任何一个试图修改数据空间时，操作系统会为修改的那一部分(内存的一页)制作一个副本。
虽然fork时，子进程不会复制父进程的数据空间，但是会复制内存页表（页表相当于内存的索引、目录）；父进程的数据空间越大，内存页表越大，fork时复制耗时也会越多。
在Redis中，无论是RDB持久化的bgsave，还是AOF重写的bgrewriteaof，都需要fork出子进程来进行操作。如果Redis内存过大，会导致fork操作时复制内存页表耗时过多；而Redis主进程在进行fork时，是完全阻塞的，也就意味着无法响应客户端的请求，会造成请求延迟过大。
对于不同的硬件、不同的操作系统，fork操作的耗时会有所差别，一般来说，如果Redis单机内存达到了10GB，fork时耗时可能会达到百毫秒级别（如果使用Xen虚拟机，这个耗时可能达到秒级别）。因此，一般来说Redis单机内存一般要限制在10GB以内；不过这个数据并不是绝对的，可以通过观察线上环境fork的耗时来进行调整。观察的方法如下：执行命令info stats，查看latest_fork_usec的值，单位为微秒。
为了减轻fork操作带来的阻塞问题，除了控制Redis单机内存的大小以外，还可以适度放宽AOF重写的触发条件、选用物理机或高效支持fork操作的虚拟化技术等，例如使用Vmware或KVM虚拟机，不要使用Xen虚拟机。
AOF追加阻塞：硬盘的阻塞
前面提到过，在AOF中，如果AOF缓冲区的文件同步策略为everysec，则：在主线程中，命令写入aof_buf后调用系统write操作，write完成后主线程返回；fsync同步文件操作由专门的文件同步线程每秒调用一次。
这种做法的问题在于，如果硬盘负载过高，那么fsync操作可能会超过1s；如果Redis主线程持续高速向aof_buf写入命令，硬盘的负载可能会越来越大，IO资源消耗更快；如果此时Redis进程异常退出，丢失的数据也会越来越多，可能远超过1s。
为此，Redis的处理策略是这样的：主线程每次进行AOF会对比上次fsync成功的时间；如果距上次不到2s，主线程直接返回；如果超过2s，则主线程阻塞直到fsync同步完成。因此，如果系统硬盘负载过大导致fsync速度太慢，会导致Redis主线程的阻塞；此外，使用everysec配置，AOF最多可能丢失2s的数据，而不是1s。
AOF追加阻塞问题定位的方法：
（1）监控info Persistence中的aof_delayed_fsync：当AOF追加阻塞发生时（即主线程等待fsync而阻塞），该指标累加。
（2）AOF阻塞时的Redis日志：
Asynchronous AOF fsync is taking too long (disk is busy?). Writing the AOF buffer without waiting for fsync to complete, this may slow down Redis.
（3）如果AOF追加阻塞频繁发生，说明系统的硬盘负载太大；可以考虑更换IO速度更快的硬盘，或者通过IO监控分析工具对系统的IO负载进行分析，如iOStat（系统级io）、iotop（io版的top）、pidstat等。
总结
本文主要内容可以总结如下：
1、持久化在Redis高可用中的作用：数据备份，与主从复制相比强调的是由内存到硬盘的备份。
2、RDB持久化：将数据快照备份到硬盘；介绍了其触发条件（包括手动出发和自动触发）、执行流程、RDB文件等，特别需要注意的是文件保存操作由fork出的子进程来进行。
3、AOF持久化：将执行的写命令备份到硬盘（类似于MySQL的binlog），介绍了其开启方法、执行流程等，特别需要注意的是文件同步策略的选择（everysec）、文件重写的流程。
4、一些现实的问题：包括如何选择持久化策略，以及需要注意的fork阻塞、AOF追加阻塞等。
文章最后发布于: 2018-08-30 01:47:31
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