Redis 的 AOF 重写机制

AOF 持久化机制简介

• AOF（Append Only File）是一种持久化机制，它将 Redis 的写操作以日志的形式记录在文件中，以保证数据的安全性和可恢复性 。
• AOF 持久化机制的优点有以下几个 ：
  • 可以保证数据的完整性，即使发生系统崩溃或者断电，也可以通过 AOF 文件恢复数据
  • 可以根据不同的同步策略（always、everysec、no）来平衡数据安全性和性能
  • 可以方便地查看和修改 AOF 文件，因为它是一个纯文本文件，记录了所有的写入命令
• AOF 持久化机制的缺点有以下几个 ：
  • 随着写操作的增加，AOF 文件会变得越来越大，占用更多的磁盘空间和网络带宽
  • AOF 文件过大会影响 Redis 的启动和关闭速度，以及数据恢复速度
  • AOF 文件过大会增加 Redis 的内存消耗和 CPU 负载，因为需要 fork 出子进程来进行持久化或者重写操作

AOF 重写机制的原理

• 为了解决 AOF 文件过大的问题，Redis 引入了 AOF 重写机制，它可以压缩和优化 AOF 文件的内容，减少冗余和无效的命令，提高数据的存储效率和恢复速度 。
• AOF 重写机制的原理是根据 Redis 进程内的数据生成一个新的 AOF 文件，只包含当前有效和存在的数据的写入命令，而不是历史上所有的写入命令 。
• AOF 重写机制是通过 fork 出一个子进程来完成的，子进程会扫描 Redis 的数据库，并将每个键值对转换为相应的写入命令，然后写入到一个临时文件中 。
• 在子进程进行 AOF 重写的过程中，主进程还会继续接收和处理客户端的请求，如果有新的写操作发生，主进程会将这些写操作追加到一个缓冲区中，并通过管道通知子进程 。
• 子进程在完成 AOF 重写后，会将缓冲区中的写操作也追加到临时文件中，然后向主进程发送信号，通知主进程可以切换到新的 AOF 文件了 。
• 主进程在收到子进程的信号后，会将缓冲区中的写操作再次追加到临时文件中（以防止在此期间有新的写操作发生），然后用临时文件替换旧的 AOF 文件，并关闭旧的 AOF 文件 。

AOF 重写机制的触发方式

• AOF 重写机制可以由用户手动触发，也可以由系统自动触发 。
• 用户手动触发 AOF 重写机制可以通过执行 BGREWRITEAOF 命令来实现 。
• 系统自动触发 AOF 重写机制可以通过配置文件中的 auto-aof-rewrite-percentage 和 auto-aof-rewrite-min-size 参数来控制 。
• auto-aof-rewrite-percentage 参数表示当当前 AOF 文件大小超过上次重写后 AOF 文件大小的百分比时，触发 AOF 重写机制，默认值为 100 。
• auto-aof-rewrite-min-size 参数表示当当前 AOF 文件大小超过指定值时，才可能触发 AOF 重写机制，默认值为 64 MB 。
• 系统自动触发 AOF 重写机制还需要满足以下条件 ：
  • 当前没有正在执行 BGSAVE 或 BGREWRITEAOF 的子进程
  • 当前没有正在执行 SAVE 的主进程
  • 当前没有正在进行集群切换或故障转移

AOF 重写机制可能遇到的问题

• AOF 重写机制可能会遇到内存不足或者内存碎片化的问题 。
• 内存不足是指当 fork 出子进程时，操作系统会为子进程分配和主进程相同大小的内存空间，如果主进程占用的内存过大，可能导致内存不足而 fork 失败 。
• 内存碎片化是指当 fork 出子进程时，操作系统会使用写时复制（copy-on-write）的技术，只有当主进程修改了内存页时，才会为子进程复制一个新的内存页 。但是如果主进程使用了大页（huge page）的特性，那么每次复制的内存页也会很大，可能导致内存碎片化而 fork 失败 。
• 解决内存不足或者内存碎片化的问题的方法有以下几种 ：
  • 增加物理内存或者虚拟内存
  • 优化 Redis 的数据结构和编码，减少内存占用
  • 关闭大页（huge page）的特性，避免复制过大的内存页
  • 使用 Redis 4.0 及以上版本，利用 rdb-preamble 特性，将 RDB 文件写入到 AOF 文件开头，以加快数据恢复速度

总结

• AOF 重写是一种优化 Redis 的 AOF 持久化机制的方法，它可以压缩和优化 AOF 文件的内容，提高 Redis 的性能和稳定性
• AOF 重写的原理是根据 Redis 进程内的数据生成一个新的 AOF 文件，只包含当前有效和存在的数据的写入命令
• AOF 重写是通过 fork 出一个子进程来完成的，子进程会扫描 Redis 的数据库，并将每个键值对转换为相应的写入命令，然后写入到一个临时文件中
• 在子进程进行 AOF 重写的过程中，主进程还会继续接收和处理客户端的请求，如果有新的写操作发生，主进程会将这些写操作追加到一个缓冲区中，并通过管道通知子进程
• 子进程在完成 AOF 重写后，会将缓冲区中的写操作也追加到临时文件中，然后向主进程发送信号，通知主进程可以切换到新的 AOF 文件了
• 主进程在收到子进程的信号后，会将缓冲区中的写操作再次追加到临时文件中（以防止在此期间有新的写操作发生），然后用临时文件替换旧的 AOF 文件，并关闭旧的 AOF 文件
• AOF 重写机制有其优势和局限性，需要根据实际情况选择合适的触发方式，检查内存占用情况，关闭大页特性，使用 rdb-preamble 特性，定期检查 AOF 文件的大小和内容