深入理解Redis持久化Redis 持久化

本文翻译自官方文档 http://redis.io/topics/persistence

Redis 持久化

Redis 提供了多种不同级别的持久化方式:

  • 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(point-in-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地介绍这这两种持久化功能, 并对它们的相同和不同之处进行说明。

RDB 的优点

  • RDB 是一个非常紧凑(compact)的文件,它保存了 Redis 在某个时间点上的数据集。 这种文件非常适合用于进行备份: 比如说,你可以在最近的 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,即使遇上问题,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(disaster recovery):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,或者亚马逊 S3 中。
  • 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,父进程无须执行任何磁盘 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(save point)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, 你就可能会丢失好几分钟的数据。
  • 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。 在数据集比较庞大时, 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 重写也需要进行 fork() ,但无论 AOF 重写的执行间隔有多长,数据的耐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(much more durable):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时 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 工具也可以轻易地修复这种问题。
  • 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。 整个重写操作是绝对安全的,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,即使重写过程中发生停机,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, 对文件进行分析(parse)也很轻松。 导出(export) 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可以让 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(latency)。
  • AOF 在过去曾经发生过这样的 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 就曾经引起过这样的 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 快照(snapshot)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。) 接下来的几个小节将介绍 RDB 和 AOF 的更多细节。

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 在满足“ 60秒内有至少有 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 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。

这种工作方式使得 Redis 可以从写时复制(copy-on-write)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(durable): 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(full durability)的程序来说, 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时(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 文件的体积也会变得越来越大。

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(entry)。

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: 可以在不打断服务客户端的情况下, 对 AOF 文件进行重建(rebuild)。

执行 BGREWRITEAOF 命令, Redis 将生成一个新的 AOF 文件, 这个文件包含重建当前数据集所需的最少命令。

Redis 2.2 需要自己手动执行 BGREWRITEAOF 命令; Redis 2.4 则可以自动触发 AOF 重写, 具体信息请查看 2.4 的示例配置文件

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 Redis 2.0 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?(http://doc.redisfans.com/topic/persistence.html#id9)

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(corrupt), 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。

当发生这种情况时, 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

  • (可选)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 重写和 RDB 创建快照一样,都巧妙地利用了写时复制机制。

以下是 AOF 重写的执行步骤:

  • 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,父进程一边将它们累积到一个内存缓存中,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。
  • 当子进程完成重写工作时,它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。

搞定!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。

怎么从 RDB 持久化切换到 AOF 持久化

在 Redis 2.2 或以上版本,可以在不重启的情况下,从 RDB 切换到 AOF :

  • 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。

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 BGREWRITEAOF 。 反过来说, 在 BGREWRITEAOF 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 BGREWRITEAOF 命令, 那么服务器将向用户回复一个 OK状态, 并告知用户,BGREWRITEAOF 已经被预定执行: 一旦 BGSAVE 执行完毕, BGREWRITEAOF 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

在阅读这个小节前, 先将下面这句话铭记于心: 一定要备份你的数据库!

磁盘故障, 节点失效, 诸如此类的问题都可能让你的数据消失不见, 不进行备份是非常危险的。

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 rename(2) 原子地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。

以下是我们的建议:

  • 创建一个定期任务(cron job), 每小时将一个 RDB 文件备份到一个文件夹, 并且每天将一个 RDB 文件备份到另一个文件夹。
  • 确保快照的备份都带有相应的日期和时间信息, 每次执行定期任务脚本时, 使用 find 命令来删除过期的快照: 比如说, 你可以保留最近 48 小时内的每小时快照, 还可以保留最近一两个月的每日快照。
  • 至少每天一次, 将 RDB 备份到你的数据中心之外, 或者至少是备份到你运行 Redis 服务器的物理机器之外。

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