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Redis持久化RDB

Redis主要包含2中持久化方式,即RDB和AOF,本文主要介绍RDB,AOF详见Redis持久化AOF

什么是RDB

RDB全称Redis Database Backup file(Redis数据备份文件),也被叫做Redis数据快照。简单来说就是把内存中的所有数据都记录到磁盘中。当Redis实例故障重启后,从磁盘读取快照文件,恢复数据。
快照文件称为RDB文件,默认是保存在当前运行目录。在redis中执行save命令即可(由redis主进程执行命令,会阻塞其他所有命令),也可以采用bgsave命令进行后台运行(使用子进程执行RDB,主进程不受影响)。
同时,服务在停机时会自动执行RDB,存储一份redis文件到本地磁盘中,当再次启动redis时,数据将从RDB自动恢复。
通常来说,RDB应该隔一段时间便执行一次,在redis.conf中可以配置相应的参数。比如

# 表示900秒内,如果至少有1个key被修改,则执行bgsave
save 900 1  
# 表示300秒内,如果至少有10个key被修改,则执行bgsave
save 300 10  
# 是否压缩 ,建议不开启,压缩也会消耗cpu,磁盘的话不值钱
rdbcompression yes
# RDB文件名称
dbfilename dump.rdb  
# 文件保存的路径目录
dir ./ 

RDB原理

bgsave开始时会fork主进程得到子进程,子进程共享主进程的内存数据。完成fork后读取内存数据并写入 RDB 文件。
虽然子进程执行过程是异步的,但fork的过程是阻塞的,流程如下图所示。

RDB流程

由于在linux系统中,进程无法直接操作物理内存,操作系统将分配虚拟内存给每个进程,并维护虚拟内存到物理内存的映射表。进程通过操作虚拟内存,虚拟内存通过页表到物理内存进行真正的读写。在子进程进行fork时,不是将物理内存的数据进行拷贝,而是复制主进程的页表,所以当子进程操作复制的页表时,其能够映射到和主进程相同的物理内存区域,从而实现子进程和主进程内存空间的共享。子进程读取内存数据,写入RDB文件,当子进程完成新RDB文件的写入时,会将旧的备份文件替换掉。

写时复制技术

思考一下,子进程是异步执行的,如果在子进程读取内存数据并写RDB的时候,主进程接受到了新的命令修改了内存中的数据,而此时子进程执行的读数据,两者是冲突的容易产生脏数据,且子进程需要同步主进程修改后的数据。为了解决这个问题的方法,redis的fork采用了写时复制技术:

  • 当主进程执行读操作时,访问共享内存;
  • 当主进程执行写操作时,则会拷贝一份数据,执行写操作。
    具体来说fork会将共享内存标记为read-only,任何进程仅能够读数据,不能够写数据。如下图所示,
RDB流程fork

假设要修改的数据是数据B,redis首先会拷贝一份数据B副本,写入时操作数据副本B,同时将页表关系读操作从读取数据B改为读取数据B的副本。在极端情况下,如果内存中的数据在RDB时都被修改过,那么此时RDB所需要的内存就会膨胀翻倍

总结-RDB的优势和劣势

优势:

  • 适合大规模的数据恢复
  • 对数据完整性和一致性要求不高更适合使用
  • 节省磁盘空间
  • 恢复速度快

劣势:

  • Fork的时候,内存中的数据被克隆了一份,大致2倍的膨胀性需要考虑
  • 虽然Redis在fork时使用了写时拷贝技术,但是如果数据庞大时还是比较消耗性能。
  • 在备份周期在一定间隔时间做一次备份,所以如果Redis意外down掉的话,就会丢失最后一次快照后的所有修改。



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