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Redis高可用之持久化

作者:皮卡~~~丘 没电了

在web服务器中,高可用是指服务器可以正常访问的时间,衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等),Redis中,实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和cluster集群,感兴趣的同学可以阅读本文

一、高可用

什么是高可用

在web服务器中,高可用是指服务器可以正常访问的时间,衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等)。

但是在Redis语境中,高可用的含义似乎要宽泛一些,除了保证提供正常服务( 如主从分离、快速容灾技术),还需要考虑数据容量的扩展、数据安全不会丢失等。

Redis的高可用

Redis中,实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和cluster集群

持久化:持久化是最简单的高可用方法(有时甚至不被归为高可用的手段),主要作用是数据备份,即将数据存储在硬盘,保证数据不会因进程退出而丢失。

主从复制:主从复制是高可用Redis的基础,哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份(和同步),以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。

缺陷:故障恢复无法自动化,写操作无法负载均衡,存储能力受到单机的限制。

哨兵:在主从复制的基础上,哨兵实现了自动化的故障恢复。(主挂了,找一个从成为新的主,哨兵节点进行监控)

缺陷:写操作无法负载均衡,存储能力受到单机的限制;哨兵无法对从节点进行自动故障转移,在读写分离场景下,从节点故障会导致读服务不可用,需要对从节点做额外的监控、切换操作。

Cluster集群:通过集群,Redis解决了写操作无法负载均衡,以及存储能力受到单机限制的问题,实现了较为完善的高可用方案(6台起步,成双成对,3主3从)

二、Redis持久化

持久化功能

Redis是内存数据库,数据都是存储在内存中,为了避免服务器断电等原因导致Redis进程异常退出后数据的永久丢失,需要定期将Redis中的数据以某种形式(数据或命令)从内存保存到硬盘;当下次Redis重启时,利用持久化文件实现数据恢复。除此之外,为了进行灾难备份,可以将持久化文件拷贝到一个远程位置。

灾难备份:一般做异地备份,发生灾难后切换节点。

Redis提供两种方式进行持久化

由于AOF持久化的实时性更好,即当进程意外退出时丢失的数据更少,因此AOF是目前主流的持久化方式,不过RDB持久化仍然有其用武之地。(RDB体积小,恢复速度更快。对性能影响较小。

RDB持久化

RDB持久化是指在指定的时间间隔内将内存中当前进程中的数据生成快照保存到硬盘(因此也称作快照持久化),用二进制压缩存储,保存的文件后缀是rdb;当Redis重新启动时,可以读取快照文件恢复数据。

 触发条件

RDB持久化的触发分为手动触发和自动触发

手动触发

save命令和bgsave命令都可以生成RDB文件

save命令阻塞Redis服务器进程,直到RDB文件创建完毕为止,在Redis服务器阻塞期间,服务器不能处理任何命令请求。

bgsave命令会创建一个子进程,由子进程来负责创建RDB文件,父进程(即Redis主进程)则继续处理请求。

bgsave命令执行过程中,只有fork子进程时会阻塞服务器,而对于save命令,整个过程都会阻塞服务器,因此save已基本被废弃,线上环境要杜绝save的使用。

自动触发

在自动触发RDB持久化时,Redis也会选择bgsave而不是save来进行持久化。

自动触发最常见的情况是在配置文件中通过save m n 指定当m秒内发生n次变化时,会触发bgsave。

vim /etc/redis/6379.conf219行以下三个save条件满足任意一个时,都会引起bgsave的调用save 900 1      #当时间到900秒时,如果redis数据发生了至少1次变化,则执行bgsavesave 300 10     #当时间到300秒时,如果redis数据发生了至少10次变化,则执行bgsavesave 60 10000   #当时间到60秒时,如果redis数据发生了至少10000次变化,则执行bgsave242行开启RDB文件压缩rdbcompression yes254行 指定RDB文件名dbfilename dump.rdb264行 指定RDB文件和AOF文件所在目录dir /var/lib/redis/6379

由此可见RDB时效性不够,最快也需60秒备份一次,如果50几秒服务器宕了,则备份失败

其他触发机制

除savemn以外,还有其他情况也会触发

bgsave执行流程

1、Redis父进程首先判断:当前是否在执行save,或 bgsave/ bgrewriteaof 的子进程,如果在执行则bgsave命令直接返回。

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,Redis不能执行来自客户端的任何命令。

3、父进程fork后,bgsave 命令返回"Background saving started" 信息并不再阻塞父进程,并可以响应其他命令。

4、子进程创建RDB文件,根据父进程内存快照生成临时快照文件,完成后对原有文件进行原子替换。(原子替换:文件整体替换,要么都发生,要么都不发生)

5、子进程发送信号给父进程表示完成,父进程更新统计信息。

启动时加载

AOF持久化

开启AOF

Redis服务器默认开启RDB,在/etc/redis/6379.conf配置文件中

/etc/init.d/redis_6379 restart

#重启redis

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。

流程包括:

命令追加

文件写入和文件同步

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:

AOF缓存区的同步文件策略存在三种同步方式

文件重写

文件重写之所以能够压缩AOF文件,是因为

rewrite之后aof文件会保存keys的最后状态,清除掉之前冗余的,来缩小这个文件。

由此可以看出,由于重写后AOF执行的命令减少了,文件重写既可以减少文件占用的空间,也可以加快恢复速度。

文件重写的触发方式

只有当这两个选项同时满足,才会自动触发AOF重写

 auto-aof-rewrite-percentage 100    

#文件的大小超过基准百分之多少后触发bgrewriteaof。默认这个值设置为100,意味着当前aof是基准大小的两倍的时候触发bgrewriteaof。把它设置为0可以禁用自动触发的功能。 即当前AOF文件大小(即aof_current_size)是上次日志重写时AOF文件大小(aof_base_size)两倍时,发生BGREWRITEAOF操作。 注意:例如上次文件达到100M进行重写,那么这次需要达到200M时才进行重写。文件需要越来越大,所以一般不使用自动重写。如果使用自动重写,需要定期手动重写干预一次,让文件要求恢复到100M。

auto-aof-rewrite-min-size 64mb    

 #当文件大于64M时才会进行重写  #当前aof文件大于多少字节后才触发。当前AOF文件执行BGREWRITEAOF命令的最小值,避免刚开始启动Reids时由于文件尺寸较小导致频繁的BGREWRITEAOF

文件重写流程

(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。(正常情况下使用AOF就会使用AOF进行记录,不会使用RDB。主从复制时会自动触发bgsave命令)

(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(无法接受任何客户端的请求)。

(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(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。 (保证新写入的数据不丢失)

(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。(替换是原子性的)

 启动时加载

三、RDB和AOF的优缺点

RDB持久化的优缺点

优点

RDB文件紧凑,体积小,网络传输快,适合全量复制;恢复速度比AOF快很多。当然,与AOF相比, RDB最重要的优点之一是对性能的影响相对较小。

(体积小,恢复速度更快,对性能影响较小。)

缺点

(实时性差、兼容性差、在fork子进程时会阻塞父进程。)

AOF持久化优缺点

四、Redis性能管理

查看Redis内存使用

方式一:进入数据库查看

方法二:命令行查看

内存碎片率

内存碎片率计算方式

内存碎片率=Redis向操作系统申请的内存 / Redis中的数据占用的内存

mem_fragmentation_ratio = used_memory_rss / used_memory

mem_fragmentation_ratio:内存碎片率。

used_memory_rss:是Redis向操作系统申请的内存。

used_memory:是Redis中的数据占用的内存。

used_memory_peak:redis内存使用的峰值。

内存碎片如何产生

跟踪内存碎片率

跟踪内存碎片率,对理解Redis实例的资源性能是非常重要的:

解决碎片率大的问题

config set activedefrag yes    #自动碎片清理  

memory purge                        #手动碎片清理

内存使用率

redis实例的内存使用率超过可用最大内存,操作系统将开始进行内存与swap空间交换。

避免内存交换发生的方法

内回收key

内存清理策略,保证合理分配redis有限的内存资源。

当内存使用达到设置的最大阈值时,需选择一种key的回收策略,默认情况下回收策略是禁止删除(noenviction)。

修改 /etc/redis/6379.conf 文件中maxmemory-policy属性

回收策略

五、Redis的优化

设置客户端连接超时时间

客户端最大连接数

自动碎片清理

最大内存阀值

key回收策略。

控制key的长度

控制元素的大小

数据结构:Redis支持多种数据结构,包括字符串、哈希表、列表、集合和有序集合。选择正确的数据结构可以提高性能并减少内存使用量。

设置过期key:强制要求所有的key必须设置过期时间,以优化redis内存。

冷热分离:热key需要单独存放并分配合理的资源,防止大流量下直接冲垮整个缓存系统。

数据压缩:可以采用snappy、gzip 等压缩算法来先将数据压缩后再存入缓存中,来节约redis的内存空间,但这种方法会使客户端在读取时还需要解压缩,在这期间会消耗更多CPU资源,你需要根据实际情况进行权衡。建议,只是在redis匮乏时的一种方案。

内存淘汰优化:杜绝使用默认的内存淘汰策略,避免在业务扩展下Redis的内存持续膨胀,需要根据你的业务设置对应内存淘汰策略。

过期策略优化:由于redis采用的是定期删除+懒加载删除策略,且这个过程在redis 6.0之前是在主线程上执行的,建议所有key的过期时间用随机数打散,杜绝大批量的数据同时过期,拉胯redis的性能和造成缓存雪崩。强制规范。

持久化优化:Redis支持两种持久化选项:RDB和AOF。选择正确的持久化选项可以提高性能并确保数据安全。

架构优化:读写分离能最大限度提高redis的性能,其中主库负责数据写入,从库负责数据读取;分片集群是解决超大量数据导致性能瓶颈方案,如rediscluster。以上是在大流量下提高redis性能在架构上的优化。

lazy-free:在redis4.0+中支持,开启lazy-free机制后,由主线程删除bigkey,而较耗时的内存释放会在后台线程中执行,不会影响到主线程。

集群:使用Redis集群:如果Redis服务器无法满足性能需求,可以使用Redis集群来扩展Redis服务器。Redis集群可以将数据分片并分布在多个Redis服务器上,从而提高性能和可扩展性。

使用管道:Redis支持管道操作,可以将多个命令一次性发送到Redis服务器,从而减少网络延迟。

以上就是Redis高可用之持久化的详细内容,更多关于Redis持久化的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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