Redis源码阅读（备份机制）

5. 备份机制

Redis是内存数据库，支持两种方式——snapshot和aof，将数据从内存dump到磁盘。 snapshot是快照式备份，每次将Redis全库dump到磁盘， aof是流水式备份，每次将Redis数据库的修改日志dump到磁盘，并定期整理日志。

5.1. Snapshot

Redis支持Snapshot（快照）式备份。 Redis可以自动检测备份时机，设置每N秒检查，若发生M次以上数据更新操作，则开始Snapshot备份，也可以由客户端发送save或bgsave命令手动启动备份。save是阻塞式备份，备份过程中Redis会停止服务； bgsave是后台备份， Redis将新建一个备份进程负责将全库dump到磁盘。saveCommand()中，首先检查是否有bgsave的后台备份进程，若没有，则执行rdbSave()进行全库备份。bgsaveCommand()中，也会检查是否有bgsave的后台备份进程，若没有，则执行rdbSaveBackground()，启动备份子进程，在后台全库备份。备份子进程最终也是通过rdbSave()备份数据库。rdbSaveBackground()中，首先通过前文所说的waitEmptyIOJobsQueue()检查是否有vm的IO线程在进行数据交换，如果有则阻塞，等待所有vm的IO线程完成工作。然后fork()备份子进程。在父进程中， server.bgsavechildpid记录了备份子进程的pid，并通过updateDictResizePolicy()禁止Hash表自动扩容。在子进程中，如果启用了vm，则打开vm swap文件，然后调用rdbSave()执行备份。因为之前已经检查了所有vm的IO线程是否完成，因此这里打开vm的swap文件并不会和vm的IO线程冲突。

int rdbSaveBackground(char *filename) {

pid_t childpid;

if (server.bgsavechildpid != -1) return REDIS_ERR;

if (server.vm_enabled) waitEmptyIOJobsQueue();

server.dirty_before_bgsave = server.dirty;

if ((childpid = fork()) == 0) {

/* Child */

if (server.vm_enabled) vmReopenSwapFile();

if (server.ipfd > 0) close(server.ipfd);

if (server.sofd > 0) close(server.sofd);

if (rdbSave(filename) == REDIS_OK) {

_exit(0);

} else {

_exit(1);

}

} else {

/* Parent */

if (childpid == -1) {

redisLog(REDIS_WARNING,"Can't save in background: fork: %s",

strerror(errno));

return REDIS_ERR;

}

redisLog(REDIS_NOTICE,"Background saving started by pid %d",childpid);

server.bgsavechildpid = childpid;

updateDictResizePolicy();

return REDIS_OK;

}

return REDIS_OK; /* unreached */

}

rdbSave()中首先通过waitEmptyIOJobsQueue()检查vm的IO线程，并阻塞直到所有vm的IO线程完成。因为备份过程中，需要备份vm的swap文件，如果有未完成的vm的IO线程，会导致数据不同步。首先建立一个tmp文件，向它写入备份数据。依次循环每个db： server.db,server.db+1, ..., server.db+server.dbnum，通过dict的迭代器dictIterator访问db中的所有数据，依次写入tmp文件。Redis在写备份文件时做了许多优化，例如rdbSaveLen()用于写入长度信息，写入的数字不超过32bit整数。 Redis将长度数字按二进制长度分三类：小于6bit， 6bit至14bit， 14bit至32bit，并用前缀REDIS_RDB_6BITLEN(00)、REDIS_RDB_14BITLEN(01)、 REDIS_RDB_32BITLEN(10)标示数字长度。将前缀与数字一起写入磁盘。这个优化类似于Protobuf里压缩数字的方法。类似的压缩还有很多，再此不一一分析。

int rdbSaveLen(FILE *fp, uint32_t len) {

unsigned char buf[2];

int nwritten;

if (len < (1<<6)) {

/* Save a 6 bit len */

buf[0] = (len&0xFF)|(REDIS_RDB_6BITLEN<<6);

if (rdbWriteRaw(fp,buf,1) == -1) return -1;

nwritten = 1;

} else if (len < (1<<14)) {

/* Save a 14 bit len */

buf[0] = ((len>>8)&0xFF)|(REDIS_RDB_14BITLEN<<6);

buf[1] = len&0xFF;

if (rdbWriteRaw(fp,buf,2) == -1) return -1;

nwritten = 2;

} else {

/* Save a 32 bit len */

buf[0] = (REDIS_RDB_32BITLEN<<6);

if (rdbWriteRaw(fp,buf,1) == -1) return -1;

len = htonl(len);

if (rdbWriteRaw(fp,&len,4) == -1) return -1;

nwritten = 1+4;

}

return nwritten;

}

在备份文件中， Redis写入type/key/value数据，并放弃所有过期的数据。特别地，对于vm中的数据，会先读入内存，再将数据写入备份文件。父进程在serverCron中检查备份进程，如果存在bgsave进程或者bgrewrite进程（AOF备份，下节分析），则wait3()等待进程完成，完成后调用backgroundSaveDoneHandler()或者backgroundRewriteDoneHandler()处理。snapshot式备份中， Redis会停止vm的换入换出操作，停更新LRU策略中的标记信息，但不会影响Redis对内存中的数据的读写。 Redis通过调整snapshot备份的粒度，适应各种应用需求。

5.2. AOF

除了Snapshot备份模式外Redis还支持AOF(流水式)备份，它保存所有操作的commit log，并能自动地进行全库备份和删除无用的commit log。Redis在写commit log时， Redis并不是每次处理请求时都将请求写入磁盘，它会用一段内存Buffer缓存commit log，并在一定时间将缓存中的内容统一写入磁盘。为了避免磁盘缓存的影响，可以设置三种策略进行fsync()：每次写操作后均调用fsync()，每秒调用一次fsync()，从不调用fsync()，三种不同的策略获得不同的性能和一致性。

Redis将所有操作保存在commit log中， commit log的文件是追加写。当commitlog的大小无法承受时，可以手工通过bgrewriteaof命令产生一个快照（这个不同于Snapshot备份），具体构造方式后文分析。

AOF有四种操作：

•feedAppendOnlyFile()－将命令写入AOF。该方法在call()中被调用，用于将

所有Redis处理的命令写入AOF；该方法在Redis发现过期的Keys被调用，记录清除过期Key的操作

call()是Redis中所有命令处理的入口，当启用了AOF且数据有变化时

(server.dirty有变化），将命令用feedAppendOnlyFile()写入AOF，该函数中，将命令编码后写入server.aofbuf，当后台rewriteaof进程存在时，同时将编码后的命令写入server.bgrewritebuf， bgrewritebuf的作用后文解释。

/* Append to the AOF buffer. This will be flushed on disk just before

* of re-entering the event loop, so before the client will get a

* positive reply about the operation performed. */

server.aofbuf = sdscatlen(server.aofbuf,buf,sdslen(buf));

/* If a background append only file rewriting is in progress we want to

* accumulate the differences between the child DB and the current one

* in a buffer, so that when the child process will do its work we

* can append the differences to the new append only file. */

if (server.bgrewritechildpid != -1)

server.bgrewritebuf = sdscatlen(server.bgrewritebuf,buf,sdslen(buf));

•rewriteAppendOnlyFile()－产生快照，并更新aof文件。

rewriteAppendOnlyFile()只在 rewriteAppendOnlyFileBackground()中

被调用。 Redis产生AOF快照主要分为以下几步：

(1) fork()一个rewrite子进程，调用rewriteAppendOnlyFile()产生快照。

(2) 当rewrite进程开始后， rewriteAppendOnlyFile()扫描数据库中所有数

据，将他们编码后写入临时文件。 AOF文件的编码形式为文本，即人肉可读的编码。

(3)rewrite时父进程照常接收请求，并将流水日志写入

server.bgrewriteaofbuf中。

(4)子进程完成工作，父进程在serverCron()中通过wait3()获知其状态后，调用

backgroundRewriteDoneHandler()将server.bgrewriteaofbuf中的内容作为新

的commit log，覆盖原有server.aofbuf。

(5) 父进程将rewrite子进程生成的临时文件改名，作为新的aof文件。用于未来恢

复数据。

Redis的AOF快照机制的基础，是数据库的大小一定小于操作日志的大小，否则产生

的快照文件可能远远超过commit log文件的大小。因此，此处有一点值得考虑，

rewrite过程是否可以只写入aofbuf中改变了的数据的快照？

•flushAppendOnlyFile()－将内存buffer中的commit log写到磁盘上。

Redis在beforeSleep()中，及关闭AOF功能时，将内存buffer中的log写入磁盘。

•loadAppendOnlyFile()－重放AOF文件。该方法在Redis启动时被调用，从AOF

文件中重建数据库。

Redis通过AOF重建时，构造一个虚拟的client()，向自己发送重建的命令。而恢复

数据只需要将AOF快照重新载入数据库，并回放commit log中的操作。