AOF(append only file)
持久化:以独立日志的方式记录每次写命令,重启时再重新执行AOF文件中的命令达到恢复数据的目的。AOF的主要作用是解决了数据持久化的实时性,目前已经是Redis持久化的主流方式。
开启AOF功能需要设置配置:appendonly yes
,AOF文件名通过appendfilename配置设置,默认文件名是appendonly.aof
。保存路径同RDB持久化方式一致,通过dir配置指定。
appendonly
默认是no
,需要改成yes
1 | By default Redis asynchronously dumps the dataset on disk. This mode is |
文件名,默认是appendonly.aof
1 | The name of the append only file (default: "appendonly.aof") |
AOF的工作流程操作:命令写入(append)、文件同步(sync)、文件重写(rewrite)、重启加载(load),如下图
- 所有的写入命令会追加到aof_buf(缓冲区)中
- AOF缓冲区根据对应的策略向硬盘做同步操作
- 随着AOF文件越来越大,需要定期对AOF文件进行重写,达到压缩的目的
- 当Redis服务器重启时,可以加载AOF文件进行数据恢复。
命令写入
AOF命令写入的内容直接是文本协议格式,即是RESP,Redis序列化协议 例如set hello world这条命令,在AOF缓冲区会追加如下文本
1 | *3\r\n$3\r\nset\r\n$5\r\nhello\r\n$5\r\nworld\r\n |
AOF会把命令追加到aof_buf中的好处:Redis使用单线程响应命令,如果每次写AOF文件命令都直接追加到硬盘,那么性能完全取决于当前硬盘负载。先写入缓冲区aof_buf中,还有另一个好处,Redis可以提供多种缓冲区同步硬盘的策略,在性能和安全性方面做出平衡
文件同步
Redis提供了多种AOF缓冲区同步文件策略,由参数appendfsync
控制
1 | # The fsync() call tells the Operating System to actually write data on disk |
系统调用write和fsync说明
- write操作会触发延迟写(delayed write)机制。Linux在内核提供页缓冲区用来提高硬盘IO性能。write操作在写入系统缓冲区后直接返回。同步硬盘操作依赖于系统调度机制,例如:缓冲区页空间写满或达到特定时间周期。同步文件之前,如果此时系统故障宕机,缓冲区内数据将丢失
- fsync针对单个文件操作(比如AOF文件),做强制硬盘同步,fsync将阻塞直到写入硬盘完成后返回,保证了数据持久化
- 配置为always时,每次写入都要同步AOF文件,在一般的SATA硬盘上,Redis只能支持大约几百TPS写入,显然跟Redis高性能特性背道而驰,不建议配置
- 配置为no,由于操作系统每次同步AOF文件的周期不可控,而且会加大每次同步硬盘的数据量,虽然提升了性能,但数据安全性无法保证
- 配置为everysec,是建议的同步策略,也是默认配置,做到兼顾性能和数据安全性。理论上只有在系统突然宕机的情况下丢失1秒的数据
重写机制
随着命令不断写入AOF,文件会越来越大,为了解决这个问题,Redis引入AOF重写机制压缩文件体积。AOF文件重写是把Redis进程内的数据转化为写命令同步到新AOF文件的过程
- 重写后的AOF文件会变小的原因:
- 进程内已经超时的数据不再写入文件
- 旧的AOF文件含有无效命令,如
del key1
、hdel key2
、srem keys
、set a 111
、set a 222
等。重写使用进程内数据直接生成,这样新的AOF文件只保留最终数据的写入命令 - 多条写命令可以合并为一个,如:
lpush list a
、lpush list b
、lpush list c
可以转化为:lpush list a b c
。为了防止单条命令过大造成客户端缓冲区溢出,对于list、set、hash、zset等类型操作,以64个元素为界拆分为多条
AOF重写降低了文件占用空间,除此之外,另一个目的是:更小的AOF文件可以更快地被Redis加载
AOF重写过程可以手动触发和自动触发 手动触发:直接调用bgrewriteaof
命令
自动触发:根据auto-aof-rewrite-min-size
和auto-aof-rewrite-percentage
参数确定自动触发时机
1 | # Automatic rewrite of the append only file. |
auto-aof-rewrite-min-size
:表示运行AOF重写时文件最小体积,默认为64MB
auto-aof-rewrite-percentage
:代表当前AOF文件空间(aof_current_size)和上一次重写后AOF文件空间(aof_base_size)的比值
1 | 自动触发时机=aof_current_size>auto-aof-rewrite-min-size&&(aof_current_size-aof_base_size)/aof_base_size>=auto-aof-rewrite-percentage |
其中aof_current_size和aof_base_size可以在info Persistence统计信息中查看
AOF重写运作流程如下图 1.执行AOF重写请求
2.父进程执行fork创建子进程,开销等同于bgsave过程
3.1 主进程fork操作完成后,继续响应其他命令。所有修改命令依然写入AOF缓冲区并根据appendfsync策略同步到硬盘,保证原有AOF机制正确性
3.2 由于fork操作运用写时复制技术,子进程只能共享fork操作时的内存数据。由于父进程依然响应命令,Redis使用“AOF重写缓冲区”保存这部分新数据,防止新AOF文件生成期间丢失这部分数据
4 子进程根据内存快照,按照命令合并规则写入到新的AOF文件。每次批量写入硬盘数据量由配置aof-rewrite-incremental-fsync控制,默认为32MB,防止单次刷盘数据过多造成硬盘阻塞
5.1 新AOF文件写入完成后,子进程发送信号给父进程,父进程更新统计信息,具体见info persistence下的aof_*相关统计
5.2 父进程把AOF重写缓冲区的数据写入到新的AOF文件 5.3 使用新AOF文件替换老文件,完成AOF重写
重启加载
AOF和RDB文件都可以用于服务器重启时的数据恢复,下图表示Redis持久化文件加载流程
文件校验
加载损坏的AOF文件时会拒绝启动,并打印如下日志:
1 | # Bad file format reading the append only file: make a backup of your AOF file,then use ./redis-check-aof --fix |
对于错误格式的AOF文件,先进行备份,然后采用redis-check-aof–fix命令进行修复,修复后使用diff-u对比数据的差异,找出丢失的数据,有些可以人工修改补全。
AOF文件可能存在结尾不完整的情况,比如机器突然掉电导致AOF尾部文件命令写入不全。Redis为我们提供了aof-load-truncated配置来兼容这种情况,默认开启。加载AOF时,当遇到此问题时会忽略并继续启动,同时打印如下警告日志:
1 | # !!! Warning: short read while loading the AOF file !!! |
此为配置文件中aof-load-truncated的默认配置和官方的详细说明文档
1 | # An AOF file may be found to be truncated at the end during the Redis |
AOF追加阻塞
当开启AOF持久化时,常用的同步硬盘的策略是everysec,用于平衡性能和数据安全性。对于这种方式,Redis使用另一条线程每秒执行fsync同步硬盘。当系统硬盘资源繁忙时,会造成Redis主线程阻塞。如下图所示: 1.主线程负责写入AOF缓冲区
2.AOF线程负责每秒执行一次同步磁盘操作,并记录最近一次同步时间
3.主线程负责对比上次AOF同步时间:
- 如果距上次同步成功时间在2秒内,主线程直接返回
- 如果距上次同步成功时间超过2秒,主线程将会阻塞,直到同步操作完成
AOF阻塞问题定位:
1.发生AOF阻塞时,Redis输出如下日志,用于记录AOF fsync阻塞导致拖慢Redis服务的行为:
1 | Asynchronous AOF fsync is taking too long (disk is busy). Writing the AOF buffer |
2.每当发生AOF追加阻塞事件发生时,在info Persistence统计中,aof_delayed_fsync指标会累加,查看这个指标方便定位AOF阻塞问题
3.AOF同步最多允许2秒的延迟,当延迟发生时说明硬盘存在高负载问题,可以通过监控工具如iotop,定位消耗硬盘IO资源的进程