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redis持久化与备份策略

林贤钦
2020-05-29 / 0 评论 / 12 点赞 / 610 阅读 / 0 字
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本文最后更新于 2020-06-01,若内容或图片失效,请留言反馈。部分素材来自网络,若不小心影响到您的利益,请联系我们删除。

redis 持久化与备份策略

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。

AOF写数据三种策略

  • always(每次)

每次写入操作均同步到AOF文件中,数据零误差,性能较低

  • everysec(每秒)

每秒将缓冲区中的指令同步到AOF文件中,数据准确性较高,性能较高

在系统突然宕机的情况下丢失1秒内的数据

  • no(系统控制)

    由操作系统控制每次同步到AOF文件的周期,整体过程不可控

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:

  1. Redis 调用 fork() ,同时拥有父进程和子进程。
  2. 子进程将数据集写入到一个临时 RDB 文件中。
  3. 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?

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:

  1. 为现有的 AOF 文件创建一个备份。
  2. 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
  1. (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。
  2. 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:

  1. Redis 执行 fork() ,现在同时拥有父进程和子进程。
  2. 子进程开始将新 AOF 文件的内容写入到临时文件。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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 :

  1. 为最新的 dump.rdb 文件创建一个备份。
  2. 将备份放到一个安全的地方。
  3. 执行以下两条命令:
redis-cli> CONFIG SET appendonly yes

redis-cli> CONFIG SET save ""
  1. 确保命令执行之后,数据库的键的数量没有改变。
  2. 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。

别忘了在 redis.conf 中打开 AOF 功能!否则的话,服务器重启之后,之前通过 CONFIG SET 设置的配置就会被遗忘,程序会按原来的配置来启动服务器。

译注:原文这里还有介绍 2.0 版本的切换方式,考虑到 2.0 已经很老旧了,这里省略了对那部分文档的翻译,有需要的请参考原文。

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。

容灾备份

Redis 的容灾备份基本上就是对数据进行备份,并将这些备份传送到多个不同的外部数据中心。

容灾备份可以在 Redis 运行并产生快照的主数据中心发生严重的问题时,仍然让数据处于安全状态。

因为很多 Redis 用户都是创业者,他们没有大把大把的钱可以浪费,所以下面介绍的都是一些实用又便宜的容债备份方法:

  • Amazon S3 ,以及其他类似 S3 的服务,是一个构建灾难备份系统的好地方。最简单的方法就是将你的每小时或者每日 RDB 备份加密并传送到 S3 。对数据的加密可以通过 gpg -c 命令来完成(对称加密模式)。记得把你的密码放到几个不同的、安全的地方去(比如你可以把密码复制给你组织里最重要的人物)。同时使用多个储存服务来保存数据文件,可以提升数据的安全性。
  • 传送快照可以使用 SCP 来完成(SSH 的组件)。以下是简单并且安全的传送方法:买一个离你的数据中心非常远的 VPS ,装上 SSH ,创建一个无口令的 SSH 客户端 key ,并将这个 key 添加到 VPS 的 authorized_keys 文件中,这样就可以向这个 VPS 传送快照备份文件了。为了达到最好的数据安全性,至少要从两个不同的提供商那里各购买一个 VPS 来进行数据容灾备份。

需要注意的是,这类容灾系统如果没有小心地进行处理的话,是很容易失效的。

最低限度下,你应该在文件传送完毕之后,检查所传送备份文件的体积和原始快照文件的体积是否相同。如果你使用的是 VPS ,那么还可以通过比对文件的 SHA1 校验和来确认文件是否传送完整。

另外,你还需要一个独立的警报系统,让它在负责传送备份文件的传送器(transfer)失灵时通知你。

转自:http://blog.csdn.net/is_zhoufeng/article/details/10210353

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