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Redis删除数据后,为什么内存占用率还是很高?

Redis删除数据后,为什么内存占用率还是很高?

作者: 码农架构 | 来源:发表于2020-11-14 08:12 被阅读0次

    在使用 Redis 时,我们经常会遇到这样一个问题:明明做了数据删除,数据量已经不大了,为什么使用 top 命令查看时,还会发现 Redis 占用了很多内存呢?

    实际上,这是因为,当数据删除后,Redis 释放的内存空间会由内存分配器管理,并不会立即返回给操作系统。所以,操作系统仍然会记录着给 Redis 分配了大量内存。

    但是,这往往会伴随一个潜在的风险点:Redis 释放的内存空间可能并不是连续的,那么,这些不连续的内存空间很有可能处于一种闲置的状态。这就会导致一个问题:虽然有空闲空间,Redis 却无法用来保存数据,不仅会减少 Redis 能够实际保存的数据量,还会降低 Redis 运行机器的成本回报率。

    Redis 内存碎片是如何形成的?

    Redis内存碎片的形成可以由两方面引起

    • 内因是操作系统的内存分配机制
    • 外因是 Redis 的负载特征

    内因:内存分配器的分配策略

    内存分配器的分配策略就决定了操作系统无法做到“按需分配”。这是因为,内存分配器一般是按固定大小来分配内存,而不是完全按照应用程序申请的内存空间大小给程序分配。

    Redis 可以使用 libc、jemalloc、tcmalloc 多种内存分配器来分配内存,默认使用 jemalloc。

    • jemalloc 的分配策略之一,是按照一系列固定的大小划分内存空间,例如 8 字节、16 字节、32 字节、48 字节,…, 2KB、4KB、8KB 等。当程序申请的内存最接近某个固定值时,jemalloc 会给它分配相应大小的空间。

    如果 Redis 每次向分配器申请的内存空间大小不一样,这种分配方式就会有形成碎片的风险,而这正好来源于 Redis 的外因了。

    内因:内存分配器的分配策略

    比如说,应用 A 保存 6 字节数据,jemalloc 按分配策略分配 8 字节。如果应用 A 不再保存新数据,那么,这里多出来的 2 字节空间就是内存碎片了,如下图所示:

    Redis删除数据后,为什么内存占用率还是很高?

    第二个外因是,这些键值对会被修改和删除,这会导致空间的扩容和释放。具体来说,一方面,如果修改后的键值对变大或变小了,就需要占用额外的空间或者释放不用的空间。另一方面,删除的键值对就不再需要内存空间了,此时,就会把空间释放出来,形成空闲空间。

    Redis删除数据后,为什么内存占用率还是很高?

    如何判断是否有内存碎片?

    Redis删除数据后,为什么内存占用率还是很高?

    info 命令:

    • mem_fragmentation_ratio: Redis 当前的内存碎片率
    • used_memory_rss: 操作系统实际分配给 Redis 的物理内存空间,里面就包含了碎片
    • used_memory: Redis 为了保存数据实际申请使用的空间
    Redis删除数据后,为什么内存占用率还是很高?

    经验阈值:

    • mem_fragmentation_ratio 大于 1 但小于 1.5。这种情况是合理的。这是因为,刚才我介绍的那些因素是难以避免的。毕竟,内因的内存分配器是一定要使用的,分配策略都是通用的,不会轻易修改;而外因由 Redis 负载决定,也无法限制。所以,存在内存碎片也是正常的。
    • mem_fragmentation_ratio 大于 1.5 。这表明内存碎片率已经超过了 50%。一般情况下,这个时候,我们就需要采取一些措施来降低内存碎片率了。

    如何清理内存碎片?

    重启 Redis 实例:

    • 如果 Redis 中的数据没有持久化,那么,数据就会丢失;
    • 即使 Redis 数据持久化了,我们还需要通过 AOF 或 RDB 进行恢复,恢复时长取决于 AOF 或 RDB 的大小,如果只有一个 Redis 实例,恢复阶段无法提供服务。

    幸运的是,从 4.0-RC3 版本以后,Redis 自身提供了一种内存碎片自动清理的方法:

    基本机制:

    • 内存碎片清理,简单来说,就是“搬家让位,合并空间”。
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    Redis 专门为自动内存碎片清理功机制设置的参数:

    • 控制碎片清理的开始和结束时机
    • 占用的 CPU 比例
    • 从而减少碎片清理对 Redis 本身请求处理的性能影响

    首先,Redis 需要启用自动内存碎片清理,可以把 activedefrag 配置项设置为 yes,命令如下:

    Redis删除数据后,为什么内存占用率还是很高?

    触发清理的条件 (需要同时满足):

    • active-defrag-ignore-bytes 100mb:表示内存碎片的字节数达到 100MB 时,开始清理;
    • active-defrag-threshold-lower 10:表示内存碎片空间占操作系统分配给 Redis 的总空间比例达到 10% 时,开始清理。

    为了尽可能减少碎片清理对 Redis 正常请求处理的影响,自动内存碎片清理功能在执行时,还会监控清理操作占用的 CPU 时间,而且还设置了两个参数,分别用于控制清理操作占用的 CPU 时间比例的上、下限,既保证清理工作能正常进行,又避免了降低 Redis 性能。这两个参数具体如下:

    • active-defrag-cycle-min 25:表示自动清理过程所用 CPU 时间的比例不低于 25%,保证清理能正常开展;
    • active-defrag-cycle-max 75:表示自动清理过程所用 CPU 时间的比例不高于 75%,一旦超过,就停止清理,从而避免在清理时,大量的内存拷贝阻塞 Redis,导致响应延迟升高。

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