Redis內(nèi)存碎片處理

不知道我們?cè)趫?zhí)行刪除操作時(shí)有沒有注意過這樣一個(gè)現(xiàn)象，刪除一些bigkey后內(nèi)存分配器分配的容量并沒有減少，實(shí)際容量減少了，這是為什么呢？演示如下

模擬bigkey刪除

創(chuàng)建生成bigkey的腳本文件createdata.sh

#!/bin/bash
cd /opt/redis/redis-6.0.6/bin/

for i in {1..10000}
do
  echo "key${i} ${i}"
  redis-cli  hset obj  key${i} ${i}
done

賦執(zhí)行權(quán)限

[root@zzf993 redis-6.0.6]# chmod +x createdata.sh
### 執(zhí)行權(quán)限如果分不清可以賦予所有權(quán)限
[root@zzf993 redis-6.0.6]# chmod 777 createdata.sh

執(zhí)行createdata.sh腳本，等待執(zhí)行完畢

查看內(nèi)存容量

########## 執(zhí)行createdata.sh腳本前的內(nèi)存容量
127.0.0.1:6379> info memory
# Memory
used_memory:864192
used_memory_human:843.94K
used_memory_rss:4681728
used_memory_rss_human:4.46M

########## 執(zhí)行createdata.sh腳本后的內(nèi)存容量
# Memory
used_memory:1565384
used_memory_human:1.49M
used_memory_rss:5992448
used_memory_rss_human:5.71M

將key為obj的鍵值刪除后，查看內(nèi)存容量

127.0.0.1:6379> info memory
# Memory
used_memory:896416
used_memory_human:875.41K
used_memory_rss:5746688
used_memory_rss_human:5.48M

刪除bigkey后used_memory_rss波動(dòng)很小，而used_memory波動(dòng)很大，因?yàn)閡sed_memory_rss是系統(tǒng)向redis分配的內(nèi)存空間，而used_memory是redis實(shí)際使用的內(nèi)存空間，上述實(shí)驗(yàn)表明redis刪除鍵值后并沒有馬上的將內(nèi)存空間回收，所以即使刪除了一些bigkey的鍵值，redis占用的空間依然還是那么大，這些空間后續(xù)還會(huì)不會(huì)使用呢？這個(gè)需要分情況

• 如果刪除的鍵值空間是連續(xù)的那么后續(xù)新增鍵值還是可以用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

• 如果刪除的鍵值空間不連續(xù)那么這就有可能形成的內(nèi)存碎片。

那么這些內(nèi)存碎片能不能重復(fù)利用呢？我們可以接著往下面思考。

什么是內(nèi)存碎片

內(nèi)存碎片一句話描述就是有那么多內(nèi)存但是放不下那么多數(shù)據(jù)，我們以高鐵買票為例解釋，張三、李四、王五去訂票這三個(gè)人想訂連在一起的三個(gè)座位，而最近一趟車有100個(gè)座位，已售97個(gè)，剩余三個(gè)座位并不相鄰，那么他們?nèi)齻€(gè)只能改換下一趟高鐵，因?yàn)樽徊环纤麄兊念A(yù)期，那么這趟車就有三個(gè)座位空閑，這就是座位碎片。

將碎片概念放到內(nèi)存中就是連續(xù)空閑的空間放不下那么多數(shù)據(jù)，如下圖，需要向內(nèi)存中放入一個(gè)3字節(jié)的數(shù)據(jù)，雖然內(nèi)存中存在3字節(jié)空閑的內(nèi)存，但空閑內(nèi)存不連續(xù)所以無法存放，這就是內(nèi)存碎片

內(nèi)存碎片如何產(chǎn)生

內(nèi)存分配器

在Redis中有多種內(nèi)存分配策略如libc、jemalloc、tcmalloc，默認(rèn)使用jemalloc，操作系統(tǒng)的內(nèi)存分配器根據(jù)這些分配策略分配內(nèi)存，但是內(nèi)存分配器無法做到按需分配，一般按照固定大小分配，以默認(rèn)分配策略jemalloc為例，一般按照2的整數(shù)次冪分配如2、4、8、16、32等等，如redis申請(qǐng)一個(gè)6字節(jié)的內(nèi)存，操作系統(tǒng)就會(huì)分配一個(gè)8字節(jié)的內(nèi)存給redis使用，那么多出來的2個(gè)字節(jié)空間，如果后續(xù)沒有其它操作，那么這2個(gè)字節(jié)就是內(nèi)存碎片。

那這樣分配是不是完全沒有優(yōu)勢(shì)呢？顯然不是，如redis第一次向操作系統(tǒng)申請(qǐng)了24字節(jié)的內(nèi)存，分配器給redis分配了32字節(jié)的空間，當(dāng)下次redis寫入需要8字節(jié)以內(nèi)的空間就不需要再次向操作系統(tǒng)申請(qǐng)了，現(xiàn)有的內(nèi)存空間完全可以滿足要求，所以這樣的分配方式可以減少向操作系統(tǒng)申請(qǐng)空間分配。

鍵值大小不同

因?yàn)閮?nèi)存分配器不是按需分配，而不同的鍵值大小也就會(huì)給redis帶來不一樣的碎片，如鍵值key1占用內(nèi)存5個(gè)字節(jié)，鍵值key2占用內(nèi)存7個(gè)字節(jié)，向操作系統(tǒng)申請(qǐng)時(shí)都會(huì)給分配8個(gè)字節(jié)，key1鍵值的碎片就是3個(gè)字節(jié)，而key2鍵值的碎片就是1個(gè)字節(jié)。

鍵值的操作

鍵值的修改、刪除也會(huì)造成碎片如下所示

碎片信息如何查看

碎片信息redis提供了info memory命令給用戶監(jiān)控碎片情況

127.0.0.1:6379> info memory
# Memory
used_memory:917256
used_memory_human:895.76K
used_memory_rss:5488640
used_memory_rss_human:5.23M
.......
mem_fragmentation_ratio:6.26

內(nèi)存信息中mem_fragmentation_ratio指標(biāo)就是內(nèi)存的碎片率，碎片率計(jì)算如下

mem_fragmentation_ratio = used_memory_rss/used_memory

used_memory_rss：表示是由操作系統(tǒng)分配的內(nèi)存大小。

used_memory：表示Redis實(shí)例占用的內(nèi)存大小。

如redis向操作系統(tǒng)申請(qǐng)100字節(jié)的內(nèi)存這就是used_memory，操作系統(tǒng)為redis分配128字節(jié)的內(nèi)存這就是used_memory_rss，碎片率就是mem_fragmentation_ratio=1.28。

當(dāng)mem_fragmentation_ratio<=1.5時(shí)，因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)的分配器緣故碎片率避免不了，而且鍵值的修改，刪除也會(huì)導(dǎo)致碎片率，所以這算是一個(gè)正常范疇。

當(dāng)mem_fragmentation_ratio>1.5時(shí)，相當(dāng)于碎片率超過了實(shí)際占用內(nèi)存的50%，這就造成了內(nèi)存的浪費(fèi)，需要采取一些措施降低碎片率。

注意：如果線上數(shù)據(jù)顯示mem_fragmentation_ratio<1，證明碎片率低，是不是碎片率越低就越好呢？顯然不是，碎片率小于1說明used_memory_rss操作系統(tǒng)分配的內(nèi)存少了，也就是說Redis能使用的物理內(nèi)存不夠了，這就會(huì)觸發(fā)swap，將內(nèi)存的數(shù)據(jù)換到磁盤中，后續(xù)客戶端如果訪問了磁盤中的數(shù)據(jù)將產(chǎn)生延遲。

碎片率如何降低

當(dāng)Redis版本是4.0以下，那么我們只能通過重啟實(shí)例解決問題，但需要注意的是重啟會(huì)有部分?jǐn)?shù)據(jù)丟失，即使開啟了持久化。

當(dāng)Redis版本是4.0以上，我們可以通過配置activedefrag yes自動(dòng)碎片清理來完成，簡單形容就是零換整的思想，將空閑內(nèi)存碎片合并到一起，形成一片連續(xù)的空間，如下所示

不過萬事都有兩面性，開啟自動(dòng)碎片清理后，會(huì)阻塞主線程，所以需要注意清理參數(shù)控制，參數(shù)如下

• active-defrag-ignore-bytes 100mb：碎片清理的最小碎片內(nèi)存，碎片內(nèi)存到達(dá)100mb后開始清理。

• active-defrag-threshold-lower 10：表示內(nèi)存碎片空間占分配給redis總空間的10%開始清理和active-defrag-ignore-bytes必須同時(shí)滿足，有一個(gè)不滿足停止自動(dòng)清理。

• active-defrag-cycle-min 25：表示碎片清理占用CPU最少的比例，保證碎片清理可以正常運(yùn)行。

• active-defrag-cycle-max 75：表示碎片清理占用CPU最大的比例，不能讓碎片清理影響業(yè)務(wù)正常處理。

如果碎片清理期間阻塞了主線程的業(yè)務(wù)處理，一般需要將active-defrag-cycle-max占用CPU的最大比例調(diào)小。

總結(jié)