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。
在Redis中,实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和集群,下面分别说明它们的作用,以及解决了什么样的问题。
持久化的功能: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。
Redis 提供两种方式进行持久化
RDB持久化: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。
RDB持久化的触发分为手动触发和自动触发两种。
save命令和bgsave命令都可以生成RDB文件。
save命令会阻塞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。
而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。
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.conf
#---------219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bgsave
save 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bgsave
save 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bgsave
#---------242行是否开启RDB文件压缩---------------------------------------
rdbcompression yes
#---------254行指定RDB文件名----------------------------------------------
dbfilename dump.rdb
#---------264行指定RDB文件和AOF文件所在目录-------------------------------
dir /var/lib/redis/6379
除了save m n 以外,还有一些其他情况会触发bgsave:
(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bgsave/bgrewriteaof 的子进程不能同时执行,主要是基于性能方面的考虑:两个并发的子进程同时执行大量的磁盘写操作,可能引起严重的性能问题
(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
(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
RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的,并没有专门的命令。但是由于AOF的优先级更高,因此当AOF开启时,Redis会优先载入 AOF文件来恢复数据;
只有当AOF关闭时,才会在Redis服务器启动时检测RDB文件,并自动载入。服务器载入RDB文件期间处于阻塞状态,直到载入完成为止。
Redis载入RDB文件时,会对RDB文件进行校验,如果文件损坏,则日志中会打印错误,Redis启动失败。
RDB持久化是将进程数据写入文件,而AOF持久化,则是将Redis执行的每次写、删除命令记录到单独的日志文件中,查询操作不会记录; 当Redis重启时再次执行AOF文件中的命令来恢复数据。
与RDB相比,AOF的实时性更好,因此已成为主流的持久化方案。
Redis服务器默认开启RDB,关闭AOF;要开启AOF,需要在配置文件中配置:
vim /etc/redis/6379.conf
#700行;修改;开启AOF
appendonly yes
#704行;指定AOF文件名称
appendfilename "appendonly.aof"
#796行是否忽略最后一条可能存在问题的指令
aof-load-truncated yes
/etc/init.d/redis_6379 restart
命令追加(append):将Redis的写命令追加到缓冲区aof_buf;
文件写入(write)和文件同步(sync):根据不同的同步策略将aof_buf中的内容同步到硬盘;
文件重写(rewrite):定期重写AOF文件,达到压缩的目的。
Redis先将写命令追加到缓冲区,而不是直接写入文件,主要是为了避免每次有写命令都直接写入硬盘,导致硬盘IO成为Redis负载的瓶颈。
命令追加的格式是Redis命令请求的协议格式,它是一种纯文本格式,具有兼容性好、可读性强、容易处理、操作简单避免二次开销等优点。在AOF文件中,除了用于指定数据库的select命令(如select 0为选中0号数据库)是由Redis添加的,其他都是客户端发送来的写命令。
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:为了提高文件写入效率,在现代操作系统中,当用户调用write函数将数据写入文件时,操作系统通常会将数据暂存到一个内存缓冲区里,当缓冲区被填满或超过了指定时限后,才真正将缓冲区的数据写入到硬盘里。这样的操作虽然提高了效率,但也带来了安全问题:如果计算机停机,内存缓冲区中的数据会丢失;因此系统同时提供了fsync、fdatasync等同步函数,可以强制操作系统立刻将缓冲区中的数据写入到硬盘里,从而确保数据的安全性。
vim /etc/redis/6379.conf
#----------729行----------
#appendfsync always
appendfsync everysec
#appendfsync no
随着时间流逝,Redis服务器执行的写命令越来越多,AOF文件也会越来越大;过大的AOF文件不仅会影响服务器的正常运行,也会导致数据恢复需要的时间过长。
文件重写是指定期重写AOF文件,减小AOF文件的体积。需要注意的是:
通过上述内容可以看出,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。
vim /etc/redis/6379.conf
#771行---------------------------------------------------
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb
关于文件重写的流程,有两点需要特别注意:
info memory
操作系统分配的内存值used_ memory_ rss除以Redis使用的内存值used_ memory计算得出内存碎片是由操作系统低效的分配/回收物理内存导致的 (不连续的物理内存分配)
跟踪内存碎片率对理解Redis实例的资源性能是非常重要的:
内存碎片率稍大于1是合理的,这个值表示内存碎片率比较低
内存碎片率超过1.5,说明Redis消耗了实际需要物理内存的150号, 其中50号是内存碎片率。需要在redis-cli工具.上输入shutdown save命令,并重启Redis 服务器
内存碎片率低于1的,说明Redis内存分配超出了物理内存,操作系统正在进行内存交换。需要增加可用物理内存或减少Redis内存占用
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:
保证合理分配redis有限的内存资源
当达到设置的最大阀值时,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
配置文件中修改maxmemory- policy属性值:
vim /etc/redis/6379.conf
--598--
maxmemory-policy noenviction
●volatile-lru :使用LRU算法从已设置过期时间的数据集合中淘汰数据
●volatile-ttl :从已设置过期时间的数据集合中挑选即将过期的数据淘汰
●volatile-random :从已设置过期时间的数据集合中随机挑选数据淘汰
●allkeys-lru :使用LRU算法从所有数据集合中淘汰数据
●allkeys-random :从数据集合中任意选择数据淘汰
●noenviction :禁止淘汰数据