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1.4 Linux写时拷贝机制（COW，Copy On Write）
1、为什么Redis持久化要fork一个子进程？为什么不用一个当前进程内的线程？
Redis数据全部存储在内存中，关机则数据丢失，因此需要定期做数据的持久化备份，来保证不会因故障导致数据丢失。
Redis持久化方式有两种，RDB（快照）和AOF日志。
一、RDB（Redis DataBase）
优点：
- 一次性生成内存快照，生成的文件压缩比例高，读取恢复速度快，适合大规模数据恢复，且对完整性要求不高的场景
缺点：
- 无法实时持久化，一般用于数据冷备份和主从复制，服务器意外宕机，会丢失较多数据
1.1 触发方式
????????将当前完整数据生成快照存到硬盘，触发快照分为手动和自动。
1.1.1 手动触发
????????save命令：阻塞Redis当前进程，直到RDB完成。因为内存数据较大时，阻塞时间过长，因此该命令已废弃。
????????bgsave命令：save命令改进版。其不会完全阻塞当前进程，而是会fork一个子进程进行持久化，阻塞只发生在fork阶段，时间很短，所有Redis内部涉及RDB操作都会采用bgsave方式。
1.1.2 自动触发
????????使用某些相关配置或从节点首次连接自动全量复制等。
1.2 流程说明
- 执行bgsave命令，Redis主进程判断是否已经存在其他的子进程在RDB，如果有，直接返回
- ?如果没有，那么主进程fork子进程，fork时父进程会阻塞
- fork完成后，父进程不再阻塞，开始执行Redis正常读写操作
- 子进程开始生成RDB文件，根据父进程内存生成临时快照文件，完成后替换原文件
- 子进程持久化完成后通知父进程，父进程更新信息
1.3 fork函数
????????fork是Linux系统中的分叉函数，fork函数将运行着的进程分成两个几乎完全一样的进程，用于创建一个新的进程，称为子进程，原先的进程称为父进程，子进程是父进程的副本。
1.4 Linux写时拷贝机制（COW，Copy On Write）
????????在Linux中进行fork子进程时，会自动进行COW机制，在fork的一瞬间，父进程和子进程共享内存页，而在之后的操作中，如果父进程有写操作，父进程负责将内存页单独复制出来然后修改，子进程的内存页从头到尾都没有变化，而读的内存页一直共享，减少复制带来的开销。
1.5 Redis快照原理
????????Redis是单线程操作，线程在负责读写操作同时，还要进行数据备份，为了提速，不阻塞当前读写，又要同时备份，备份时数据如果被改了怎么办？Redis使用的操作系统多进程COW（Copy On Write）机制【写时复制机制】来实现快照持久化。
????????父进程fork一个子进程来完成快照持久化，父进程继续处理客户端读写请求。子进程在诞生瞬间和父进程共用内存中的代码段和数据段，随着父进程持续处理客户端请求，写操作持续进行，越来越多的共享页面被分离出来，内存会持续增长，但绝不会到达原来的两倍，而且Redis中许多冷数据不会出现读写情况，进一步降低内存。
????????子进程因为一直没有数据变化，在被fork一瞬间就固定了，因此称为快照。
二、AOF（Append Only File）
优点：
- 数据保存完整性高
缺点：
- 文件压缩性不强，恢复读取速度慢
????????AOF以日志方式记录每次写命令，恢复数据时把这些命令重新执行一遍。
????????AOF默认不开启，需要配置appendonly yes。其每次都将写命令追加到AOF缓冲区，不需要额外的进程。
????????随着Redis持续运行，AOF日志会越来越大，因此使用AOF再恢复数据时间会越来越长，因此定期需要对AOF日志进行重写瘦身。
2.1 重写机制
????????手动触发：bgrewriteaof命令
????????自动触发：配置触发时机
2.1.1 重写规则
- 已经超时的命令不再写入
- 去掉无效命令：set a 2、set a 3 ===> set a 3
- 合并多条命令：set a 10、incr a、incr a ====> set a 12
2.1.2 重写流程
- 执行bgrewriteaof命令，Redis判断是否有子进程正在执行AOF重写，如果有，直接返回
- 如果没有，父进程fork生成子进程，开销如同bgsave过程
- fork完成后，父进程不再阻塞，继续执行Redis正常读写操作，以及写命令追加到AOF缓冲区操作，并根据自动触发配置策略调用Linux内核同步硬盘
- 由于fork的COW机制，子进程无法更新这段时间新加入的写命令，于是父进程开辟新的缓冲区“AOF重写缓冲区”保存新增加数据
- 子进程根据快照按照合并规则写入新的AOF文件
- 重写完成后，子进程通知父进程，父进程更新信息
- 父进程把AOF重写缓冲区中的数据添加至新的AOF文件
- 使用新的AOF文件替代旧的AOF，完成重写
2.2?fsync
????????Linux的glibc提供fsync函数可以将指定文件内容强制从内核缓存刷到磁盘。Redis进程就是调用fsync函数来实现持久化。
- 每一次修改都同步，文件完整性好，最多丢失一行命令
- 每秒同步一次，最多丢失2秒数据（默认）
- 从不同步，内核来自动异步调用将其同步到磁盘，效率最高
生产环境综合考虑只会选择每秒同步一次，兼顾数据完整性和性能。
三、Redis4.0持久化
????????重启Redis时，因为会丢失大量数据，一般使用AOF来恢复内存状态，但是AOF又很慢。Redis4.0推出了混合持久化，在Redis重启时，首先加载RDB文件，然后再放增量AOF文件，重启效率得到大幅提高。
四、总结
- RDB为默认持久化规则
- AOF持久化方式为每次追加写操作，当AOF文件过大时，会对AOF进行后台重写
- AOF开启且存在AOF文件时，优先加载AOF文件，否则加载RDB
- 若只用Redis做缓存，不需要进行持久化
- RDB一般不在主节点进行持久化，持久化操作主要在从节点，没有来自客户端的请求压力，资源比较充沛，一般15分钟做一次RDB
- AOF最坏情况丢失2秒数据，但是会带来持续的IO操作降低性能
- 不开启AOF，可以节省很大的IO，如果有一个宕机，最多丢失15分钟数据
五、常见问题
1、为什么Redis持久化要fork一个子进程？为什么不用一个当前进程内的线程？
- fork子进程是要使用Linux的COW机制来生成快照，降低内存使用率
- Redis对客户端响应是单进程单线程工作，因为数据都在内存，CPU不是Redis的瓶颈，因此单线程可以避免CPU上下切换及加锁竞争以及并发问题，代码实现简单，且效率高。而一个线程对于快照记录、现场复制以及多线程切换带来的资源消耗都不如一个fork来的简单高效。