5. 備份機制
Redis是內存數據庫，支持兩種方式——snapshot和aof，將數據從內存dump到磁盤。 snapshot是快照式備份，每次將Redis全庫dump到磁盤， aof是流水式備份，每次將Redis數據庫的修改日誌dump到磁盤，並定期整理日誌。
5.1. Snapshot
Redis支持Snapshot（快照）式備份。 Redis可以自動檢測備份時機，設置每N秒檢查，若發生M次以上數據更新操作，則開始Snapshot備份，也可以由客戶端發送save或bgsave命令手動啓動備份。save是阻塞式備份，備份過程中Redis會停止服務； bgsave是後臺備份， Redis將新建一個備份進程負責將全庫dump到磁盤。saveCommand()中，首先檢查是否有bgsave的後臺備份進程，若沒有，則執行rdbSave()進行全庫備份。bgsaveCommand()中，也會檢查是否有bgsave的後臺備份進程，若沒有，則執行rdbSaveBackground()，啓動備份子進程，在後臺全庫備份。備份子進程最終也是通過rdbSave()備份數據庫。rdbSaveBackground()中，首先通過前文所說的waitEmptyIOJobsQueue()檢查是否有vm的IO線程在進行數據交換，如果有則阻塞，等待所有vm的IO線程完成工作。然後fork()備份子進程。在父進程中， server.bgsavechildpid記錄了備份子進程的pid，並通過updateDictResizePolicy()禁止Hash表自動擴容。在子進程中，如果啓用了vm，則打開vm swap文件，然後調用rdbSave()執行備份。因爲之前已經檢查了所有vm的IO線程是否完成，因此這裏打開vm的swap文件並不會和vm的IO線程衝突。
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()中首先通過waitEmptyIOJobsQueue()檢查vm的IO線程，並阻塞直到所有vm的IO線程完成。因爲備份過程中，需要備份vm的swap文件，如果有未完成的vm的IO線程，會導致數據不同步。首先建立一個tmp文件，向它寫入備份數據。依次循環每個db： server.db,server.db+1, ..., server.db+server.dbnum，通過dict的迭代器dictIterator訪問db中的所有數據，依次寫入tmp文件。Redis在寫備份文件時做了許多優化，例如rdbSaveLen()用於寫入長度信息，寫入的數字不超過32bit整數。 Redis將長度數字按二進制長度分三類：小於6bit， 6bit至14bit， 14bit至32bit，並用前綴REDIS_RDB_6BITLEN(00)、REDIS_RDB_14BITLEN(01)、 REDIS_RDB_32BITLEN(10)標示數字長度。將前綴與數字一起寫入磁盤。這個優化類似於Protobuf裏壓縮數字的方法。類似的壓縮還有很多，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;
}
在備份文件中， Redis寫入type/key/value數據，並放棄所有過期的數據。特別地，對於vm中的數據，會先讀入內存，再將數據寫入備份文件。父進程在serverCron中檢查備份進程，如果存在bgsave進程或者bgrewrite進程（AOF備份，下節分析），則wait3()等待進程完成，完成後調用backgroundSaveDoneHandler()或者backgroundRewriteDoneHandler()處理。snapshot式備份中， Redis會停止vm的換入換出操作，停更新LRU策略中的標記信息，但不會影響Redis對內存中的數據的讀寫。 Redis通過調整snapshot備份的粒度，適應各種應用需求。
5.2. AOF
除了Snapshot備份模式外Redis還支持AOF(流水式)備份，它保存所有操作的commit log，並能自動地進行全庫備份和刪除無用的commit log。Redis在寫commit log時， Redis並不是每次處理請求時都將請求寫入磁盤，它會用一段內存Buffer緩存commit log，並在一定時間將緩存中的內容統一寫入磁盤。 爲了避免磁盤緩存的影響，可以設置三種策略進行fsync()：每次寫操作後均調用fsync()，每秒調用一次fsync()，從不調用fsync()，三種不同的策略獲得不同的性能和一致性。
Redis將所有操作保存在commit log中， commit log的文件是追加寫。當commitlog的大小無法承受時，可以手工通過bgrewriteaof命令產生一個快照（這個不同於Snapshot備份），具體構造方式後文分析。
AOF有四種操作：
•feedAppendOnlyFile()－將命令寫入AOF。該方法在call()中被調用，用於將
所有Redis處理的命令寫入AOF；該方法在Redis發現過期的Keys被調用，記錄清除過期Key的操作
call()是Redis中所有命令處理的入口，當啓用了AOF且數據有變化時
(server.dirty有變化），將命令用feedAppendOnlyFile()寫入AOF，該函數中，將命令編碼後寫入server.aofbuf，當後臺rewriteaof進程存在時，同時將編碼後的命令寫入server.bgrewritebuf， bgrewritebuf的作用後文解釋。
/* 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()－產生快照，並更新aof文件。
rewriteAppendOnlyFile()只在 rewriteAppendOnlyFileBackground()中
被調用。 Redis產生AOF快照主要分爲以下幾步：
(1) fork()一個rewrite子進程，調用rewriteAppendOnlyFile()產生快照。
(2) 當rewrite進程開始後， rewriteAppendOnlyFile()掃描數據庫中所有數
據，將他們編碼後寫入臨時文件。 AOF文件的編碼形式爲文本，即人肉可讀的編碼。
(3)rewrite時父進程照常接收請求，並將流水日誌寫入
server.bgrewriteaofbuf中。
(4)子進程完成工作，父進程在serverCron()中通過wait3()獲知其狀態後，調用
backgroundRewriteDoneHandler()將server.bgrewriteaofbuf中的內容作爲新
的commit log，覆蓋原有server.aofbuf。
(5) 父進程將rewrite子進程生成的臨時文件改名，作爲新的aof文件。用於未來恢
複數據。
Redis的AOF快照機制的基礎，是數據庫的大小一定小於操作日誌的大小，否則產生
的快照文件可能遠遠超過commit log文件的大小。因此，此處有一點值得考慮，
rewrite過程是否可以只寫入aofbuf中改變了的數據的快照？
•flushAppendOnlyFile()－將內存buffer中的commit log寫到磁盤上。
Redis在beforeSleep()中，及關閉AOF功能時，將內存buffer中的log寫入磁盤。
•loadAppendOnlyFile()－重放AOF文件。該方法在Redis啓動時被調用，從AOF
文件中重建數據庫。
Redis通過AOF重建時，構造一個虛擬的client()，向自己發送重建的命令。而恢復
數據只需要將AOF快照重新載入數據庫，並回放commit log中的操作。