Redis基础篇（四）持久化：内存快照（RDB）

AOF好处是每次执行只需要记录操作命令，记录量不大。但在故障恢复时，需要逐一执行AOF的操作命令，如果日志很大，恢复就很慢。

今天学习另一种持久化方式：内存快照。内存快照，是Redis某一时刻的状态，以文件的形式保存在磁盘上。这个快照文件就称为RDB文件，其中RDB就是Redis Database的缩写。

当故障恢复时，只要把RDB文件读入内存即可，恢复速度很快。但是内存快照并不是最优选项，为什么呢？

我们还需要考虑两个问题：

对哪些数据做快照？这关系到快照的执行效率；
做快照时，数据还能被增删改吗？这关系到Redis是否被阻塞，能否同时正常处理请求。

对哪些数据做快照？

Redis的数据都在内存中，为了提供所有数据的可靠性保证，它执行的是全量快照。

Redis提供两个命令生成RDB文件：

save：在主线程中执行，但会导致阻塞；
bgsave：创建一个子进程，专门用于写入RDB文件，避免了主线程的阻塞。也是Redis RDB文件生成的默认配置。

做快照时，数据还能被增删改吗？

如果快照执行期间数据不能被修改，是会有潜在问题的。假如做快照的20s时间里，如果数据不能被修改，Redis就不能处理对这些数据的写操作，那无疑就会给业务服务造成巨大影响。

Redis借助操作系统提供的写时复制技术（Copy-On-Write，COW），在执行快照的同时，正常处理写操作。

bgsave子进程是由主线程fork生成的，可以共享主线程的所有内存数据。

当主线程要修改数据时，通过COW复制一份副本出来给bgsave子进程。

这既保证快照的完整性，也允许主线程同时对数据进行修改，避免了对正常业务的影响。

可以每秒做一次快照吗？

如果内存快照每隔几分钟执行一次，这样就可能出现丢失数据的风险。那么是否可以每秒做一次快照吗？

如果频繁地执行全量快照，会带来两方面开销：

一是频繁将全量数据写入磁盘，会给磁盘带来很大压力。
二是bgsave子进程需要从主线程fork出来，fork创建过程本身会阻塞主线程，而且主线程的内存越大，阻塞时间越长。

既然频繁执行全量快照不行，那还有什么其他好方法吗？

第一个方法是做增量快照。

在第一次做完全量快照后，T1和T2时刻如果再做快照，只需要将被修改的数据写入快照文件就行了。如下图所示：

第二个方法是Redis 4.0提出一个混合使用AOF日志和RDB快照的方法：RDB快照以一定的频率执行，在两次快照之间，使用AOF日志记录这期间的所有命令操作。

T1和T2时刻的修改，用AOF日志记录，等到第二次做全量快照时，就可以清空AOF日志，因为此时的修改都已经记录到快照中了。如下图所示：

拓展

使用一个2核CPU、4GB内存、500GB磁盘的云主机运行Redis，Redis数据库的数据量大小差不多是2GB，使用了RDB做持久化保证。当时Redis的运行负载以修改操作为主，写读比例差不多在8:2左右，也就是说，如果有100个请求，80个请求执行的是修改操作。在这个场景下，用RDB做持久化有什么风险吗？

主要有两方面风险：内存资源风险和CPU资源风险。

内存资源风险

Redis fork子进程做RDB持久化，由于写的比例为80%，那么在持久化过程中，“写时复制”会重新分配整个实例80%的内存副本，大约需要重新分配1.6GB内存空间，这样整个系统的内存使用接近饱和。

如果此时父进程又有大量新key写入，很快机器内存就会被吃光，如果机器开启了Swap机制，那么Redis会有一部分数据被换到磁盘上。

当Redis访问这部分在磁盘上的数据时，性能会急剧下降，已经达不到高性能的标准。

如果没有开启Swap，会直接触发OOM，父子进程会面临被系统kill掉的风险。

CPU资源风险

虽然子进程在做RDB持久化，但生成RDB快照过程会消耗大量的CPU资源。

虽然Redis处理请求是单线程的，但Redis Server还有其他线程在后台工作，例如AOF每秒刷盘、异步关闭文件描述符这些操作。

由于机器只有2核CPU，这也就是意味着父进程占用了超过一半的CPU资源。

此时子进程做RDB持久化，可能会产生CPU竞争，导致的结果是父进程处理请求延迟增大，子进程生成RDB快照的时间也会变长，整个Redis Server性能下降。

如果Redis进程绑定了CPU，那么子进程会继续父进程的CPU亲和性属性，子进程必然会与父进程争夺同一个CPU资源，整个Redis Server的性能必然会受到影响。

因此如果Redis需要开启定时RDB和AOF重写，进程一定不要绑定CPU。

参考资料