Redis Persistent Memory (PMEM) 支持：非易失性内存的利用

好的，咱们今天就来聊聊Redis Persistent Memory (PMEM) 这个听起来有点高级，但其实挺有趣的话题。简单来说，就是让Redis也能“记住”东西，即使断电了也不怕！

大家好，我是今天的“内存老司机”，今天就带大家飙车，体验一下Redis PMEM的快感！

一、啥是Persistent Memory (PMEM)？

首先，得搞清楚啥是PMEM。传统的内存(DRAM)呢，断电就啥都没了，跟金鱼的记忆一样。但是PMEM就不一样了，它是非易失性的，也就是说，即使断电，数据依然能保存下来。你可以把它想象成一个速度很快的SSD，但它的延迟又接近DRAM。这货的学名比较多，比如Storage Class Memory (SCM), Non-Volatile Dual In-line Memory Module (NVDIMM)等等，都是指的类似的东西。

PMEM的优点：

持久性: 数据断电不丢失。
高性能: 延迟远低于传统SSD，接近DRAM。
字节寻址: 可以直接像访问内存一样访问，不需要像块设备那样进行读写操作。

PMEM的缺点：

价格: 通常比DRAM贵。
耐久性: 写入次数有限制，虽然寿命很长，但仍然需要注意。

二、 Redis 和 PMEM：天生一对儿？

Redis这哥们，一直都是个内存数据库，速度快是它的招牌。但是，数据都存在内存里，一旦服务器挂了，或者停电了，数据也就跟着凉凉了。虽然Redis有RDB和AOF这两种持久化方式，但它们都属于“事后补救”，性能上也会有些损耗。

现在PMEM来了，它既有内存的速度，又有硬盘的持久性，这简直就是为Redis量身定做的啊！有了PMEM，Redis就可以直接把数据存在PMEM里，这样即使断电，数据也不会丢失，而且性能几乎不受影响。

三、 Redis PMEM 的几种姿势

Redis支持PMEM，主要有两种姿势：

Data on PMEM: 直接把Redis的数据（包括键值对、索引等）都放在PMEM里。这是最直接的方式，性能最好，但是也最复杂。
AOF on PMEM: 只把AOF日志放在PMEM里。这种方式比较简单，可以提高AOF的写入速度，但是数据的读取仍然在DRAM中进行。

四、 Data on PMEM 实战

咱们先来试试最刺激的 "Data on PMEM" 模式。这种模式需要Redis 4.0以上版本，而且需要你的操作系统和硬件都支持PMEM。

4.1 准备工作

硬件: 你需要一块PMEM设备。如果没有，可以用ndctl工具模拟一块。 (请参考你具体PMEM厂商的文档和操作系统文档)
操作系统: 需要Linux内核支持PMEM。一般来说，比较新的Linux发行版都支持。
Redis: 需要Redis 4.0以上版本，最好是最新版。

4.2 模拟PMEM设备 (可选)

如果你没有真实的PMEM设备，可以用ndctl工具模拟一个。这只是用于测试，生产环境务必使用真实的PMEM设备。

# 创建一个namespace (命名空间), 模拟一个pmem设备
ndctl create-namespace -m fsdax -s 1G  # 创建一个1GB的fsdax namespace

创建完成后，你可以使用dmesg | grep "pmem" 查看内核日志，确认pmem设备创建成功. 通常会创建一个类似/dev/pmem0 的设备文件。

4.3 配置Redis

接下来，我们需要修改Redis的配置文件redis.conf，告诉Redis使用PMEM。

# redis.conf

# 指定Redis数据存储的目录，这里要指向PMEM设备挂载的目录
dir /mnt/pmem0  # 假设 /mnt/pmem0 是你的PMEM设备挂载点

# 启用PMEM支持
pmem yes

# 可以配置 PMEM 相关的参数，比如 PMEM 的大小等等
# pmem-max-memory <bytes>  # 可以限制Redis使用的PMEM最大内存

注意: /mnt/pmem0 必须是一个已经挂载了PMEM设备的目录。你需要使用mount命令将PMEM设备挂载到这个目录。

4.4 启动Redis

修改完配置文件后，就可以启动Redis了。

redis-server /path/to/redis.conf

4.5 验证

启动Redis后，可以通过redis-cli连接到Redis，然后尝试存储一些数据，并模拟断电，看看数据是否还在。

redis-cli
set mykey myvalue
get mykey  # 应该能获取到 "myvalue"

# 模拟断电 (不要在生产环境这么做!)
# 强制重启服务器

# 再次连接到Redis
redis-cli
get mykey  # 应该仍然能获取到 "myvalue"

如果重启后仍然能获取到myvalue，那就说明Redis成功地使用了PMEM，数据已经持久化了。

五、 AOF on PMEM 实战

如果觉得 "Data on PMEM" 太复杂，可以试试 "AOF on PMEM" 模式。这种模式只需要把AOF日志放在PMEM里，配置起来比较简单。

5.1 配置Redis

修改Redis的配置文件redis.conf。

# redis.conf

# 启用AOF
appendonly yes

# 指定AOF文件的存储目录，这里要指向PMEM设备挂载的目录
dir /mnt/pmem0

# 指定AOF文件名
appendfilename "appendonly.aof"

# AOF同步策略，可以根据需要选择
# always: 每次写入都同步，性能最差，但数据最安全
# everysec: 每秒同步一次，性能和数据安全折中
# no: 由操作系统决定何时同步，性能最好，但数据最不安全
appendfsync everysec

5.2 启动Redis

redis-server /path/to/redis.conf

5.3 验证

验证方法和 "Data on PMEM" 类似，先存储一些数据，然后模拟断电，看看数据是否还在。

六、代码示例 (C语言)

虽然Redis本身是用C语言写的，但我们这里只是为了演示如何直接访问PMEM，所以用一个简单的C语言程序来演示。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

#define PMEM_FILE "/dev/pmem0"  // 替换成你的PMEM设备文件
#define PMEM_SIZE 1024          // PMEM大小，单位：字节

int main() {
    int fd;
    char *pmem_addr;

    // 1. 打开PMEM设备文件
    fd = open(PMEM_FILE, O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        return 1;
    }

    // 2. 使用mmap将PMEM设备映射到内存地址空间
    pmem_addr = (char *)mmap(NULL, PMEM_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
    if (pmem_addr == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 3. 在PMEM中写入数据
    const char *message = "Hello, PMEM!";
    strcpy(pmem_addr, message);
    printf("写入PMEM: %sn", message);

    // 4. 从PMEM中读取数据
    printf("从PMEM读取: %sn", pmem_addr);

    // 5. 模拟断电 (不要在生产环境这么做!)
    // ... 这里可以手动重启服务器，或者使用其他方式模拟断电

    // 6. 再次从PMEM中读取数据 (重启后)
    // ... 再次运行程序，应该仍然能读取到之前写入的数据

    // 7. 释放资源
    munmap(pmem_addr, PMEM_SIZE);
    close(fd);

    return 0;
}

代码解释：

open(): 打开PMEM设备文件。
mmap(): 将PMEM设备映射到内存地址空间。这样就可以像访问普通内存一样访问PMEM了。
strcpy(): 将数据写入PMEM。
munmap(): 解除内存映射。
close(): 关闭文件描述符。

编译和运行：

gcc pmem_test.c -o pmem_test
./pmem_test

七、注意事项

数据一致性: 虽然PMEM具有持久性，但在某些情况下，仍然可能发生数据丢失。例如，如果PMEM设备本身发生故障，或者在写入过程中突然断电，可能会导致数据损坏。因此，仍然需要采取一些措施来保证数据一致性，例如使用事务、校验和等。
磨损均衡: PMEM的写入次数是有限制的，因此需要进行磨损均衡，避免过度写入某些区域。 Redis本身并没有提供磨损均衡功能，需要依赖底层硬件或操作系统来实现。
性能调优: PMEM的性能受到多种因素的影响，例如PMEM的类型、写入模式、操作系统配置等。需要根据实际情况进行性能调优，才能充分发挥PMEM的优势。
成本: PMEM的价格通常比DRAM贵，需要在性能和成本之间进行权衡。

八、总结

Redis PMEM是一个很有前景的技术，它可以让Redis既有内存的速度，又有硬盘的持久性。虽然配置和使用起来稍微复杂一些，但带来的好处也是显而易见的。希望今天的分享能帮助大家更好地了解Redis PMEM，并在实际项目中应用它。

九、常见问题

问题	答案
我没有PMEM设备，可以学习这个技术吗？	可以使用`ndctl`工具模拟PMEM设备进行学习和测试。
Redis PMEM性能提升有多大？	性能提升取决于多种因素，包括PMEM的类型、写入模式、数据量等。一般来说，可以提高写入性能，并减少重启时间。
Redis PMEM会取代传统的持久化方式吗？	不会完全取代。 RDB和AOF仍然有其存在的价值，例如用于备份、数据迁移等。 PMEM可以作为一种补充，提供更快的持久化速度。
我应该选择 "Data on PMEM" 还是 "AOF on PMEM"？	如果对性能要求非常高，可以选择 "Data on PMEM"。如果对配置的复杂性比较敏感，可以选择 "AOF on PMEM"。
Redis Enterprise 是否支持 PMEM?	是的， Redis Enterprise 通常支持 PMEM. 具体配置和支持的特性可能与开源版本有所不同，请参考 Redis Enterprise 的官方文档。

十、进阶学习

Intel Optane DC Persistent Memory: 这是目前最常见的PMEM设备，可以深入了解其技术细节。
ndctl: 用于管理和配置PMEM设备的工具，可以学习其用法。
Redis 官方文档: Redis官方文档是学习Redis PMEM的最佳资料。
Linux Kernel Documentation: Linux内核关于PMEM的文档，可以了解底层实现细节。

好了，今天的讲座就到这里。希望大家都能成为Redis PMEM老司机，在内存的世界里自由驰骋！记住，安全第一，飙车要谨慎哦！

发表回复 取消回复

发表回复取消回复