怎麼清理Redis記憶體碎片

什麼是Redis記憶體碎片？

作業系統的剩餘空間總量足夠，但申請一塊N位元組連續位址的空間時，剩餘記憶體空間中沒有大小為N位元組的連續空間，那麼這些剩餘記憶體空間中，小於N位元組的連續記憶體空間就是記憶體碎片。

Redis記憶體碎片是如何形成的？

記憶體碎片形成有內部原因和外部原因：

• 內部原因：記憶體分配器的分配策略決定作業系統無法做到「按需分配」。

• Redis使用libc、jemalloc、tcmalloc多種記憶體分配器來分配內存，預設使用jemalloc。

• 記憶體分配器是按照固定大小來分配記憶體空間，而不是完全按照應用程式申請的記憶體大小來分配。

• 以jemalloc為例，是依照一系列固定的大小劃分記憶體空間，例如8位元組、16位元組、32位元組、...、2KB、4KB等。 Jemalloc會分配與程式申請記憶體最接近的固定大小的空間。

• 外部原因：鍵值對大小不一樣，且鍵值對可以被修改和刪除。

• Redis申請記憶體空間分配時，對於大小不一的記憶體空間需求，記憶體分配器依照固定大小分配記憶體空間，分配的記憶體空間一般都會比申請的記憶體空間大一些，這會產生一定的記憶體碎片。

• 鍵值對會被修改和刪除，會導致空間的擴容和釋放。

如何判斷Redis是否有記憶體碎片？

DAS透過Redis提供的INFO命令，查詢記憶體使用的詳細信息，命令如下：

INFO memory
# Memory
used_memory:350458970752
used_memory_human:326.39G
used_memory_rss:349066919936
used_memory_rss_human:325.09G
…
mem_fragmentation_ratio:1.00

• used_memory：表示Redis為了保存數據實際申請使用的記憶體空間。

• used_memory_rss：表示作業系統實際分配給Redis的實體記憶體空間，其中包含了記憶體空間碎片。

• mem_fragmentation_ratio指當前Redis的記憶體碎片率。計算公式：mem_fragmentation_ratio=used_memory_rss/used_memory

• mem_fragmentation_ratio大於等於1但小於等於1.5，這種情況是合理的。

• mem_fragmentation_ratio大於1.5，表示記憶體碎片率已經超過了50%。

如何清理記憶體碎片？

一個「簡單粗暴」的方法是重啟Redis實例。但是這個方法會帶來兩個後果：

• 如果Redis中的資料沒有持久化，資料會遺失；

• 無論Redis數據是否被持久化，恢復資料時都需採用AOF或RDB方式，而復原所需時間取決於AOF或RDB檔案的大小。且如果只有一個Redis實例，則復原階段無法提供服務。

 那有沒有更好的方法呢？有的，從4.0-RC3版本以後，Redis本身提供了一種記憶體碎片自動清理的方法。

記憶體碎片自動清理

記憶體碎片清理，簡單來說，就是「搬家讓位，合併空間」。

當有資料把一塊連續的記憶體空間分割成好幾塊不連續的空間時，作業系統會把資料拷貝到另外，而原來不連續的記憶體空間就變成連續的記憶體空間了。

但是碎片清理是有代價的。移動多份資料到新位置並釋放原有空間是作業系統必須做的，但這個過程會花費時間。另外在資料拷貝時，會阻塞Redis，降低效能。

如何緩解這個問題？

Redis專門為自動記憶體碎片清理機制提供參數設定。可以透過設定參數，來控制碎片清理的開始和結束時機，以及佔用的CPU比例，從而減少碎片清理對Redis請求處理的效能影響。

首先，開啟自動記憶體碎片清理：

config set activedefrag yes
然後，設定觸發記憶體清理的條件：

• active- defrag-ignore-bytes 100mb：表示記憶體碎片的位元組數達到100MB時，開始清理；

• ##active-defrag-threshold-lower 10：表示記憶體碎片空間佔作業系統分配給Redis的總空間比例達到10%時，開始清理。

最後，控制清理作業佔用CPU時間比例的上方、下限：

• active-defrag-cycle-min 25： 表示自動清理過程所用CPU時間的比例不低於25%，保證清理能正常進行；

• #active-defrag-cycle-max 75：表示自動清理過程所用CPU時間的比例不高於75%，一旦超過，就停止清理，從而避免在清理時，大量的記憶體拷貝阻塞Redis，導致反應延遲升高。

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