永續性一直是redis使用中的乙個重要話題。很多同學在使用redis的過程中，對於如何選擇永續性策略，如何配置永續性都有疑問。本文試圖對redis的永續性進行系統的分析和比較，以期正確認識redis的永續性，並結合實際應用選擇合理的永續性機制。
1.背景知識
永續性是資料儲存領域的乙個常見話題。永續性可以描述為將相關資料儲存在非易失性儲存器中的過程。資料持久化後，即使發生一定程度的故障，只要持久化的裝置沒有損壞，我們就可以使用持久化的資料進行恢復，在一定程度上減少了故障造成的損失。
我們使用的資料儲存，無論是傳統的關係型資料庫，還是類似redis的所謂nosql，都是在執行後執行在作業系統上的程式，應用程式傳送的資料需要經過這些資料儲存程式的處理，才能以某種格式持久儲存。在這個過程中，資料必須通過應用程式的記憶體，並由cpu操作，然後才能儲存在持久裝置上。所以要理解堅持，必須要有幾個方面的背景知識。
1.1使用者空間、核心空間和核心緩衝區
在linux中，為了保證作業系統穩定高效的執行，記憶體空間分為使用者空間和核心空間。簡單來說，每個應用通常位於使用者空間，而作業系統核心執行在核心空間。之所以這樣劃分，是因為呼叫作業系統的很多功能都會觸發敏感資源的操作，比如清空記憶體，設定時鐘等等。為了防止每個程式操作敏感資源而導致系統崩潰，記憶體空間按上述方式劃分。在使用者空間，應用程式沒有操作敏感資源的許可權(相應的指令受到限制)，從而避免了可能出現的系統崩潰等異常現象。
眾所周知，大多數應用程式都無法避免處理底層資源，如從磁碟讀取資料、從網路讀取或接收訊息等。但是，在劃分使用者空間和系統空間後，應用程式無權訪問系統資源。為了解決這個問題，作業系統為應用程式公開了一系列的系統呼叫介面(system call inte***ce)來與底層資源進行互動，這樣應用程式就可以通過呼叫這些介面來訪問資源。我們常見的系統呼叫有write()，read()等等。
那麼當應用程式觸發系統呼叫介面時會發生什麼呢？我們以寫檔案為例。當應用程式呼叫寫操作時，系統不直接訪問硬碟寫檔案，而是先將檔案寫入核心緩衝區，然後定期將核心緩衝區中的資料批量寫入磁碟(這個過程也可以由應用程式通過觸發呼叫fsync()來完成)。顯然，核心緩衝區被劃分的原因主要是為了解決底層io讀寫速度和記憶體讀寫速度不匹配的問題。如果頻繁同步寫入硬碟，會嚴重降低程式的執行速度。
一般來說，要理解持久化的過程，需要知道在linux作業系統中，記憶體分為使用者空間和核心空間。當應用程式中的資料需要寫入檔案時，會依次通過應用程式記憶體和核心緩衝區寫入硬碟。此過程涉及的系統呼叫包括寫操作write()和強制硬碟同步操作fsync()。
1.2寫入時複製
眾所周知，在linux系統中，您可以通過呼叫fork()建立乙個與父程序完全相同的子程序副本。但是在fork的過程中，如果父程序占用的記憶體空間太大，可能需要很長時間來複製記憶體資料，這會使父程序無法響應其他命令，這對於乙個面向客戶端的伺服器程式來說是無法接受的。
為了解決這個問題，大佬們提出了寫時複製技術。簡單來說，寫時複製技術是指在fork的過程中，應用程式的記憶體沒有被完全複製，而是在子程序中建立乙個指向父程序對應記憶體位址的引用，只有在子程序讀取記憶體，發現資料是複製後新寫入的時候，才執行實際的複製動作。這樣，由於在fork的過程中不需要完成整個資料的複製，因此大大減少了fork()呼叫的時間消耗。
但實際上，寫時複製技術並沒有完全解決問題。比如一些大型應用占用了非常大的記憶體空間(比如乙個redis例項占用了幾十g的記憶體)，只指向記憶體位址需要很長時間。
最後，對於redis持久化，我們只需要知道持久化過程中會涉及到fork call(發生在rdb模式和aof重寫的時候)。linux雖然採用了寫時複製技術，但是在例項記憶體佔用量較大的情況下，fork呼叫仍然可能帶來長期的阻塞。
前面我們簡單討論了linux的兩個背景知識點:記憶體空間分割槽和寫時複製(linux對fork呼叫的消耗做的乙個優化，即使做了這個優化，高記憶體占用的例項在fork期間可能還是會長時間阻塞)。接下來，我們分析持久化過程中的資料寫入過程。
2.持久資料寫入的過程
當我們使用某種資料儲存來儲存應用資料時，資料由應用程式通過網路傳送到資料儲存程式，然後由資料儲存程式進行處理和計算，然後以一定的格式儲存在硬碟等永續性裝置中。這個過程涉及很多步驟，比如網路呼叫、程式處理、作業系統寫檔案等。為了讓下面的討論更清晰，我們對這一步進行了一定程度的分解。簡而言之，應用程式資料從生成到儲存到永久裝置經歷了以下步驟:
客戶端向資料庫伺服器傳送寫入或更新資料的請求，此時資料位於客戶端記憶體中
當伺服器接收到寫命令時，資料位於伺服器資料庫的應用程式記憶體中(從伺服器的角度來看，資料位於應用程式(資料庫)記憶體中，即使用者模式記憶體中)
資料庫呼叫系統函式將資料寫入硬碟，此時資料位於核心的緩衝區
作業系統將資料從寫緩衝區傳輸到硬碟控制器，而資料位於硬碟快取中
硬碟控制器實際上將資料寫入物理介質
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