RDB持久化
Redis是一个键值对数据库服务器,服务器中通常包含着任意个非空数据库,而每个非空数据库中又可以包含任意个键值对,为了方便起见,我们将服务器中的非空数据库以及它们的键值对统称为数据库状态。举个栗子,图1-1展示了一个包含三个非空数据库的Redis服务器,这三个数据库以及数据库中的键值对就是该服务器的数据库状态
图1-1 数据库状态示例
因为Redis是内存数据库,它将自己的数据库状态存储在内存里面,所以如果不想办法将存储在内存中的数据库状态保存到磁盘中,那么一旦服务器进程退出,服务器中的数据库状态也会消失。为了解决这个问题,Redis提供了RDB持久化功能,可以将Redis内存中的数据库状态保存到磁盘中,避免数据意外丢失
RDB持久化既可以手动执行,也可以根据服务器配置选项定期执行,该功能可以将某个时间点上的数据库状态保存到一个RDB文件中,如图1-2所示
图1-2 将数据库状态保存为RDB文件
RDB持久化功能所生成的RDB文件是一个经压缩的二进制文件,通过该文件可以还原生成RDB文件时的数据库状态,如图1-3所示
图1-3 用RDB文件来还原数据库状态
因为RDB文件是保存在硬盘中的,所以即使Redis服务器进程退出,甚至运行Redis服务器的计算机停机,但只要RDB文件还在,Redis服务器就可以用它来还原数据库状态
RDB文件的创建和载入
有两个Redis命令可以用于生成RDB文件,一个是SAVE,另一个是BGSAVE。SAVE命令会阻塞Redis服务器,直到RDB文件创建完毕为止,在服务器进程阻塞期间,服务器不能处理任何命令请求:
127.0.0.1:6379> SAVE #等待直到RDB文件创建完毕 OK
和SAVE命令直接阻塞服务器进程的做法不同,BGSAVE命令会派生出一个子进程,然后由子进程负责创建RDB文件,服务器进程(父进程)继续处理命令请求:
127.0.0.1:6379> BGSAVE #派生子进程,并由子进程创建RDB文件 Background saving started
创建RDB文件的实际工作由rdb.c/rdbSave函数完成,SAVE命令和BGSAVE命令会以不同的方式调用这个函数,通过以下伪代码可以明显看出这两个命令之间的区别:
def SAVE(): #创建RDB文件 rdbSave() def BGSAVE(): #创建子进程 pid = fork() if pid == 0: #子进程负责创建RDB文件 rdbSave() #完成之后向父进程发出信号 signal_parent() elif pid > 0: #父进程继续处理命令请求,并通过轮询等待子进程信号 handle_request_and_wait_signal() else: #处理出错情况 handle_fork_error()
和使用SAVE命令或者BGSAVE命令创建RDB文件不同,RDB文件的载入工作是在服务器启动时自动执行的,所以Redis并没有专门用于载入RDB文件的命令,只要Redis服务器在启动时检测到RDB文件的存在,它就会自动载入RDB文件
以下是Redis服务器启动时打印的日志记录其中第二条DB loaded from disk:……就是服务器成功载入RDB文件之后打印的:
17859:S 18 Aug 11:26:16.363 # Server started, Redis version 3.0.0 17859:S 18 Aug 11:26:56.802 * DB loaded from disk: 36.336 seconds 17859:S 18 Aug 11:26:56.802 * The server is now ready to accept connections on port 6379
另外值得一提的是,因为AOF文件的更新频率通常比RDB文件的更新频率高,所以:
- 如果服务器开启了AOF持久化功能,那么服务器就会优先使用AOF文件来还原数据库状态
- 只有在AOF持久化功能处于关闭状态时,服务器才会使用RDB文件来还原数据库状态
服务器判断该用哪个文件来还原数据库状态的流程如图1-4所示
图1-4 服务器载入文件时的判断流程
载入RDB文件的实际工作由rdb.c/rdbLoad函数完成,这个函数和rdbSave函数之间的关系可以用图1-5表示
图1-5 创建和载入RDB文件
SAVE命令执行时的服务器状态
前面提到过,当SAVE命令执行时,Redis服务器会被阻塞,所以当SAVE命令正在执行时,客户端发送的所有命令请求都会被拒绝。只有在服务器完成SAVE命令、重新开始接受命令请求之后,客户端发送的命令才会被处理
BGSAVE命令执行时的服务器状态
因为BGSAVE命令的保存工作是由子进程执行的,所以在子进程创建RDB文件的过程中,Redis服务器仍然可以继续处理客户端的命令请求,但是,在BGSAVE命令执行期间,服务器处理SAVE、BGSAVE、BGREWRITEAOF三个命令的方式会和平时有所不同
首先,在BGSAVE命令执行期间,客户端发送的BGSAVE命令会被服务器拒绝,因为同时执行两个BGSAVE命令也会产生竞争条件。然后,BGREWRITEAOF和BGSAVE两个命令不能同时执行:
- 如果BGSAVE命令正在执行,那么客户端发送的BGREWRITEAOF命令会被延迟到BGSAVE命令执行完毕之后再执行
- 如果BGREWRITEAOF命令正在执行,那么客户端发送的BGSAVE命令会被服务器拒绝
因为BGSAVE和BGREWRITEAOF两个命令的实际工作都由子进程执行,所以这两个命令在操作方面并没有什么冲突的地方,不能同时执行它们只是一个性能方面的考虑——并发处两个子进程,并且两个子进程都同时执行大量的磁盘写入操作,对CPU是极大的消耗,要是数据库存储的键值对庞大,对内存的消耗想想都觉得恐怖
RDB文件载入时的服务器状态
服务器在载入RDB文件期间,会一直处于阻塞状态,直到载入工作完成为止
自动间隔性保存
在上一节,我们介绍了SAVE命令和BGSAVE的实现方法,并且说明了这两个命令在实现方面的主要区别:SAVE命令由服务器进程执行保存工作,BGSAVE命令则由子进程执行保存工作,所以SAVE命令会阻塞服务器,而BGSAVE命令则不会
因为BGSAVE命令可以在不阻塞服务器的情况下执行,所以Redis允许用户通过没设置服务器配置的save选项,让服务器每隔一段时间自动执行一次BGSAVE命令。用户可以通过save选项设置多个保存条件,但只要其中一个条件被满足,服务器就会执行BGSAVE命令。举个栗子,如果我们向服务器提供以下配置:
save 900 1 save 300 10 save 60 10000
那么只要满足以下三个条件中的任意一个,BGSAVE命令就会被执行:
- 服务器在900秒内对数据库进行了至少一次的修改
- 服务器在300秒内对数据库进行了至少十次的修改
- 服务器在60秒内对数据库进行了至少一万次的修改
设置保存条件
当Redis启动时,用户可以通过指定配置文件或传入启动参数的方式设置save选项,如果用户没有主动设置save选项,那么服务器会为save选项设置默认条件:
save 900 1 save 300 10 save 60 10000
接着,服务器会根据save选项所设置的保存条件,设置服务器状态redisServer结构体的saveparams属性:
redis.h
struct redisServer { …… //记录了保存条件的数组 struct saveparam *saveparams; …… };
saveparams属性是一个数组,数组中每个元素都是一个saveparam结构体,每个saveparam结构体都保存了一个save选项设置的保存条件:
redis.h
struct saveparam { //秒数 time_t seconds; //修改数 int changes; };
比如说,如果save选项的值为以下条件:
save 900 1 save 300 10 save 60 10000
那么服务器状态中的saveparams数组将会是图1-6所示的样子
图1-6 服务器状态中的保存条件
dirty计数器和lastsave属性
除了saveparams数组之外,服务器状态还维持着一个dirty计数器,以及一个lastsave属性:
- dirty计数器记录距离上一次成功执行SAVE命令或者BGSAVE命令之后,服务器对数据库状态(服务器中的所有数据库)进行了多少次修改(包括写入、删除、更新等操作)
- lastsave属性是一个Unix时间戳,记录了服务器上一次成功执行SAVE命令或BGSAVE命令的时间
redis.h
struct redisServer { …… //修改计数器 long long dirty; …… //上一次执行保存的时间 time_t lastsave; …… };
当服务器成功执行一个数据库修改命令后,程序就会对dirty计数器进行更新:命令修改了多少次数据库,dirty计数器的值就会增加多少。例如,如果我们为一个字符串键设置值:
127.0.0.1:6379> SET message "hello" OK
那么程序会将dirty计数器的值加1。又比如,如果我们向一个集合键增加三个元素:
127.0.0.1:6379> SADD database Redis MongoDB MariaDB (integer) 3
那么程序会将dirty计数器的值加3
图1-7展示了服务器状态中包含的dirty计数器和lastsave属性,说明如下:
- dirty计数器的值为123,表示服务器在上次保存之后,对数据库状态共进行了123次修改
- lastsave属性则记录了服务器上次执行保存操作的时间1378270800(2013年9月4日零时)
图1-7 服务器状态示例
检查保存条件是否满足
Redis的服务器周期性操作函数serverCron默认每隔100毫秒就会执行一次,该函数用于对正在运行的服务进行维护,它的其中一项工作就是检查save选项所设置的保存条件是否满足,如果满足,就执行BGSAVE命令
以下伪代码展示了serverCron函数检查保存条件的过程:
def serverCron(): # … # 遍历所有保存条件 for saveparam in server.saveparams: # 计算距离上次执行保存操作有多少秒 save_interval = unixtime_now()-server.lastsave # 如果数据库状态的修改次数超过条件所设置的次数 # 并且距离上次保存的时间超过条件所设置的时间 # 那么执行保存操作 if server.dirty >= saveparam.changes and save_interval > saveparam.seconds: BGSAVE(); # ...
程序会遍历并检查saveparams数组中的所有保存条件,只要有任意一个条件被满足时,那么服务器就会执行BGSAVE命令。举个栗子,如果Redis服务器的当前状态如图1-8所示
图1-8 服务器状态
那么当时间来到1378271101,也即是1378270800的301秒之后,服务器将自动执行一次BGSAVE命令,因为saveparams数组的第二个保存条件——300秒内有至少十次修改的条件已满足
假设BGSAVE在执行五秒后完成,那么图1-8所示的服务器状态将更新为图1-9所示,其中dirty计数器被重置为0,而lastsave属性也被更新为1378271106
图1-9 执行BGSAVE之后的服务器状态
以上就是Redis服务器根据save选项所设置的保存条件,自动执行BGSAVE命令,进行间隔性数据保存的实现原理
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