RDB持久化通过保存数据库中的键值对来记录数据库状态
AOF持久化是通过保存Redis服务器所执行的写命令来记录数据库状态。
被写入AOF文件的所有命令都是以Redis的命令请求协议格式保存的,因为Redis的命令请求协议是纯文本格式,所以可以直接打开一个AOF文件,观察里面的内容。
服务器在启动时,可以通过载入和执行AOF文件中保存的命令来还原服务器关闭之前的状态。
11.1 AOF持久化的实现
AOF的持久化功能的实现可以分为命令追加、文件写入、文件同步三个部分。
11.1.1 命令追加
当服务器打开AOF持久化功能时,服务器在执行完一个写命令之后,会以协议格式将被执行的写命令追加到服务器状态的aof_buf缓冲区的末尾
11.1.2 AOF文件的写入和同步
Redis服务器进程就是一个事件循环,这个循环中的文件事件负责接受客户端的命令请求,以及向客户端发送命令回复,而时间事件则负责执行像serverCron函数这样需要定时运行的函数。
服务器在每次结束一个事件循环之前,都会调用flushAppendOnlyFile函数,考虑是否需要将aof_buf缓冲区中的内容写入和保存到AOF文件里面。
文件的写入和同步
为了提高文件的写入效率,现代操作系统中,当用户调用write函数,将一些数据写入文件时,操作系统通常会将数据先暂时保存在一个内存缓冲区里面,等到缓冲区被填满时或者超过了指定的时限之后,才真正地将缓冲区中的数据写入磁盘中。
这种做法虽然提高了效率,但是也为写入数据带来了安全问题,为此系统提供了fsync和fdatasync两个同步函数,他们可以强制让操作系统立即将缓冲区中的数据写入到硬盘里面,从而确保写入数据的安全性。
AOF持久化的效率和安全性
服务器配置appendfsync选项的值直接决定AOF持久化的效率和安全性。
appendfsync的值可以为no、everysec和always
当appendfsync的值为always时,服务器在每个事件循环都要将aof_buf缓冲区中的所有内容写入到AOF文件,并且同步AOF文件,所以always到效率是appendfsync三个值中最慢的,但是安全性是三个值中最高的,及时出现故障停机,AOF持久化也只会丢失一个事件循环中所产生的命令数据。
当appendfsync的值为everysec时,服务器在每个事件循环都要把aof_buf缓冲区的所有内容写入到AOF文件中,每隔1s就要在子进程中对AOF文件进行一次同步。从效率上讲,everysec模式足够快,并且就算出现故障停机,数据库也只丢失1s的命令数据。
当appendfsync的值为no时,服务器在每个事件循环都要把aof_buf缓冲区的所有内容写入到AOF文件中,至于何时对AOF文件执行同步,由操作系统控制。因为处于no模式下的flushappendOnlyFile调用无需执行同步操作,所以该模式下的AOF文件写入速度是最快的,因为这种模式会在系统缓存中累积一段时间的写入数据,所以这个模式的单次同步时间是3种模式中最长的。从平摊操作的角度来看,no模式和everysec模式的效率类型,当出现故障停机时,使用no模式的服务器将丢失上次同步AOF文件之后的所有写命令数据。
11.2 AOF文件的载入和还原
AOF文件中保存了重建数据库状态的所有写命令,所以服务器只需读入并重新执行一遍AOF文件里保存的写命令,就可以还原服务器关闭之前的数据库状态。
还原数据库的详细步骤:
1.创建一个不带网络连接的伪客户端:因为Redis的命令只能在客户端上下文运行,而载入AOF文件时所使用的命令直接来源于AOF文件而不是网络连接,所以服务器使用了一个没有网络连接的伪客户端来执行AOF文件中保存的命令,伪客户端执行命令的效果和带网络连接的客户端执行命令的效果是一致的。
2.从AOF文件中分析并读取出一条写命令。
3.使用伪客户端执行被读出的写命令
4.一直执行2.3,直到AOF中的所有写命令都被处理完毕为止。
11.3 AOF重写
因为AOF持久化是通过保存被执行的写命令来记录数据库的状态的,所以随着服务器运行时间的流逝,AOF文件中的内容会越来越多,文件的体积也会越来越大,如果不加以控制的话,体积过大的AOF文件很可能对Redis服务器、甚至整个宿主计算机造成影响,并且AOF文件的体积越大,使用AOF文件进行数据还原所需的时间就越多。
11.3.1 AOF文件重写的实现
Redis将新生成的AOF文件替换旧的AOF文件的功能命名为“AOF文件重写”,这个功能是通过读取服务区当前的数据库状态来实现的。
AOF重写功能的实现原理:首先从数据库中读取键现在的值,然后用一条命了去记录键值对,代替之前记录这个键值对的多条命令。
注意:为了避免在执行命令时造成客户端输入缓冲区溢出,重写程序在处理列表、哈希表、集合、有序集合这四种可能会带有多个元素的键时,会先检查键所包含的元素数量,如果元素数量超过了redis.h/REDIS_AOF_REWRITE_ITEMS_PER_CMD常量的值,那么重写程序将使用多条命令来记录键的值,目前版本REDIS_AOF_REWIRTE_ITEMS_PER_CMD常量的值为64.
11.3.2 AOF后台重写
aof_rewrite函数可以很好地完成创建一个新AOF文件的任务 ,但是,因为这个函数会进行大量的写入操作,所以调用这个函数的线程将被长时间阻塞,因为Redis是单进程单线程来处理命令请求,所以如果由服务器直接调用aof_write函数的话,在重写AOF文件期间,服务器将无法处理客户端发来的命令请求。
Redis决定将AOF重写放入子进程中执行,这样做可以同时达到两个目的:
1.子进程进行AOF重写期间,服务器进程(父进程)可以继续处理命令请求
2.子进程带有服务器进程的数据副本,使用子进程而不是线程,就是为了在避免使用锁的情况下,保证数据的安全性。
一个问题需要解决:因为子进程在进行AOF重写期间,服务器进程还需要继续处理命令请求,而新的命令可能会对现有的数据库状态进行修改,从而使得服务器当前的数据库状态和重写后的AOF文件所保存的数据库状态不一致。
解决方法:redis服务器设置了一个AOF重写缓冲区,这个缓冲区在服务器创建子进程之后开始使用,当Redis服务器执行完一个写命令之后,它会同时将这个写命令发送给AOF缓冲区和AOF重写缓冲区。
在子进程执行AOF重写期间,服务器需要进行以下操作:
1.执行客户端发来的命令。
2.将执行后的写命令追加到AOF缓冲区。
3.将执行后的写命令追加到AOF重写缓冲区。
可以保证:
AOF缓冲区的内容会定期被写入和同步到AOF文件中,对现有AOF文件的处理会如常进行。
从创建子进程开始,服务器执行的所有写命令都会被记录到AOF重写缓冲区里面。
当子进程完成AOF重写工作之后,它会向父进程发送一个信号,父进程在接到该信号之后,会调用一个信号处理函数,并执行以下操作:
1)将AOF重写缓冲区的所有内容写入到新的AOF文件中,这时,新的AOF文件保存的内容和当前数据库状态一致。
2)对新的AOF文件进行改名,原子地覆盖现有的AOF文件,完成新旧两个AOF文件的替换。
整个AOF后台重写过程中,只有信号处理函数执行会对服务器进程造成阻塞,其他时候AOF后台重写都不会对阻塞父进程,这将AOF重写对服务器性能造成的影响降到了最低。