NoSQL 之 Redis(一)(关系数据库与非关系数据库、Redis 的安装部署及常用工具)

x33g5p2x  于2021-11-08 转载在 Redis  
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前言

  • Redis 是一个开源的、使用 C 语言编写的 NoSQL 数据库,基于内存运行并支持持久化,采用 key-value(键值对)的存储形式,是目前分布式架构中不可或缺的一环
  • Redis 服务器程序是单进程模型,Redis服务在一台服务器上可以同时启动多个Redis进程,Redis的实际处理速度则是完全依靠于主进程的执行效率。若在服务器上只运行一个Redis进程,当多个客户端同时访问时,服务器的处理能力是会有一定程度的下降;若在同一台服务器上开启多个Redis进程,Redis在提高并发处理能力的同时会给服务器的CPU造成很大压力。即:在实际生产环境中,需要根据实际的需求来决定开启多少个Redis进程。
    建议可以开2个进程
    原因:
    1、备份
    2、抗高并发的同时尽量不给CPU造成太大的压力
    若对高并发要求更高一些,可能会考虑在同一台服务器上开启多个进程。若CPU资源比较紧张,采用单进程即可

一、关系型数据库和非关系型数据库

1.关系型数据库

  • 关系型数据库是一个结构化的数据库,创建在关系模型(二维表格模型)基础上
  • 一般面向于记录
  • 主流的关系型数据库包括 Ocacle、MySQL、SQL Server、Microsoft、Access、DB2 等
  • SQL 语句(标准数据查询语言)就是一种基于关系型数据库的语言,用于执行对关系型数据库中数据的检索和操作

2.非关系型数据库

  • NoSQL (NoSQL = Not Only SQL ),意思是“不仅仅是 SQL", 是非关系型数据库的总称
  • 除了主流的关系型数据库外的数据库,都认为是非关系型
  • 主流的 NoSQL 数据库有 Redis、 MongoBD、 Hbase、 Memcached 等

3.区别

①数据存储方式不同

  • 关系型和非关系型数据库的主要差异是数据存储的方式
  • 关系型数据天然就是表格式的,因此存储在数据表的行和列中
  • 数据表可以彼此关联协作存储,也很容易提取数据
  • 与其相反,非关系型数据不适合存储在数据表的行和列中,而是大块组合在一起
  • 非关系型数据通常存储在数据集中,就像文档、键值对或者图结构
  • 你的数据及其特性是选择数据存储和提取方式的首要影响因素

②扩展方式不同

  • SQL和NoSQL数据库最大的差别可能是在扩展方式上,要支持日益增长的需求当然要扩展
  • 要支持更多并发量,SQL数据库是纵向扩展,也就是说提高处理能力,使用速度更快速的计算机,这样处理相同的数据集就更快了
  • 因为数据存储在关系表中,操作的性能瓶颈可能涉及很多个表,这都需要通过提高计算机性能来克服。虽然SQL数据库有很大扩展空间,但最终肯定会达到纵向扩展的上限
  • 而NoSQL数据库是横向扩展的。因为非关系型数据存储天然就是分布式的,NoSQL数据库的扩展可以通过给资源池添加更多普通的数据库服务器 (节点) 来分担负载
    ① 关系:纵向(天然表格式)
    ② 非关:横向(天然分布式)

③对事务性的支持不同

  • 如果数据操作需要高事务性或者复杂数据查询需要控制执行计划,那么传统的SQL数据库从性能和稳定性方面考虑是最佳选择。SQL数据库支持对事务(ACID)原子性细粒度控制,并且易于回滚事务
  • 虽然NoSQL数据库也可以使用事务操作,但稳定性方面没法和关系型数据库比较,所以它们真正闪亮的价值是在操作的扩展性和大数据量处理方面

① 关系型:特别适合高事务性要求和需要控制执行计划的任务
② 非关系:此处会稍显弱势,其价值点在于高扩展性和大数据量处理方面

4.非关系型数据的产生背景

  • 可用于应对Web2.0纯动态网站类型的三高问题

  • High performance-------对数据库高并发读写需求

  • HugeStorage--------------对海量数据高效存储与访问需求

  • High Scalability && High Availability------- 对数据库高可扩展性与高可用性需求

  • 关系型数据库和非关系型数据库都有各自的特点与应用场景,两者的紧密结合将会给Web2.0的数据库发展带来新的思路。让关系数据库关注在关系上,非关系型数据库关注在存储上。例如,在读写分离的MySQL数据库环境中,可以把经常访问的数据存储在非关系型数据库中,提升访问速度

  • Mysql 高热数据——>redis

  • web ——>redis ——>mysql

  • CPU——>内存/缓存 ——>磁盘

5.单进程快速的原因

使用 epoll(默认) + I/O多路复用机制
首先,Redis 是跑在单进程中的,所有的操作都是按照顺序线性执行的,但是由于读写操作等待用户输入或输出都是阻塞的,所以 I/O 操作在一般情况下往往不能直接返回,这会导致某一文件的 I/O 阻塞导致整个进程无法对其它客户提供服务,而 I/O 多路复用就是为了解决这个问题而出现的
epoll 机制优势:

①epoll 没有最大并发连接的限制,上限是最大可以打开文件的数目,这个数字一般远大于 2048, 一般来说这个数目和系统内存关系很大 ,具体数目可以 cat /proc/sys/fs/file-max 察看。

②效率提升, Epoll 最大的优点就在于它只管你“活跃”的连接 ,而跟连接总数无关,因此在实际的网络环境中, Epoll 的效率就会远远高于 select 和 poll 。

③内存拷贝, Epoll 在这点上使用了“共享内存 ”,这个内存拷贝也省略了
I/O多路复用就通过一种机制,可以监视多个描述符,一旦某个描述符就绪,能够通知程序进行相应的操作

epoll模型所实现的I/O多路复用可以定义为如下:

socket 1 —>
socket 2 —> I/O多路复用程序 --》文件事件分派器(从队列中获取,再分发给对应处理器)–》命令处理、请求、连接应答等处理器
socket 3 —>

  • 多个socket 会定义为一个fd文件描述符(每有一个新建、打开、修改等“事件”内核就会返回一个fd(可理解为索引),在每个fd激活时,会进行内核中的回调函数
  • I/O多路复用程序会监听socket 活跃的链接,然后调用该socket (而此socket 文件句柄主要实现的是网络上的“ip+port+协议所标识的网络中的‘进程’”)可以简单理解为虚拟接口(抽象层)
    本质而言就是使用一个线程来追踪多个socket(I/O流)的状态,来管理多个I/O
  • I/O复用:一个线程同时追踪、管理多个连接(原本默认情况下是一个线程对应一个连接)
  • 回调:预先定义具体的执行过程(定义一个方法) ,等待调用,在一个线程给执行时,可以根据“触发器”“钩子” 完成回调,回调的目的是提高处理性能 和节省资源

二、Redis的优点(redis 特性(与其他nosql对比))

1.具有极高的数据读写速度:数据读取的速度最高可达到 110000次/s,数据写入速度最高可达到 81000次/s

2.支持丰富的数据类型:支持 key-value、Strings、Lists、Hashes、Sets 及 Ordered Sets 等数据类型操作

ps:
string 字符串(可以为整形、浮点和字符型,统称为元素)

list 列表:(实现队列,元素不唯一,先入先出原则)
set 集合:(各不相同的元素)
hash hash散列值:(hash的key必须是唯一的)
set /ordered sets 集合/有序集合

3.支持数据的持久化:可以将内存中的数据保存在磁盘中,重启的时候可以再次加载进行使用

4.原子性:Redis 所有操作都是原子性的

5.支持数据备份:即 master-salve 模式的数据备份

  • 丰富的特性 – Redis还支持 publish(消息发布)/subscribe(订阅), 通知, 设置key有效期等等特性。
  • Redis作为基于内存运行的数据库,缓存是其最常应用的场景之一。除此之外,Redis常见应用场景还包括获取最新N个数据的操作、排行榜类应用、计数器应用、存储关系、实时分析系统、日志记录。
    支持key-value、 Strings、Lists、 Hashes(散列值)、 Sets 及Ordered Sets 等数据类型操作

三、部署安装Redis

1.解压软件包

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

yum -y install gcc gcc-c++ make

yum repolist
重新yum
yum install -y gcc*

cd /opt
rz -E 									#将redis-5.0.7.tar.gz 压缩包上传到/opt 目录中
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/

2.源码编译安装

cd redis-5.0.7/
make -j 4
make PREFIX=/usr/local/redis install

#由于 Redis 源码包中直接提供了 Makefile 文件,所以在解压完软件包后,不用先执行./configure 进行配置
#可直接执行 make 与 make install 命令进行安装

3.设置 Redis 相关配置文件

cd /opt/redis-5.0.7/utils/

#执行软件包提供的 install_server.sh 脚本文件来设置 Redis 服务所需要的相关配置文件
./install_server.sh
......
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server
#一直回车,直到出现以下选项,手动修改为“/usr/local/redis/bin/redis-server”
#注意,需要一次性正确输入,且输入错误了是无法更改的

Selected config:

Port:6379默认侦听端口为 6379
Config file:/etc/redis/6379.conf配置文件路径
Log file:/var/log/redis_6379.log日志文件路径
Data dir/var/lib/redis/6379数据文件路径
Executable:/usr/local/redis/bin/redis-server可执行文件路径
Cli Executable:/usr/local/bin/redis-cli客户端命令工具

把redis的可执行程序文件放入路径环境变量的目录中便于系统识别

ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
#把 redis 的可执行程序文件放入路径环境变量的目录中便于系统识别

netstat -natp | grep "redis"
#当 install_server.sh 脚本运行完毕,Redis 服务就已经启动,默认侦听端口为 6379

#redis服务控制
/etc/init.d/redis_6379 stop				#停止
/etc/init.d/redis_6379 start			#启动
/etc/init.d/redis_6379 restart			#重启
/etc/init.d/redis_6379 status			#状态

vim /etc/redis/6379.conf
#修改配置参数

bind 127.0.0.1 192.168.126.15       #70行,添加监听的主机地址(只需要修改这一行,其他是默认好的)
port 6379                           #93行,Redis 默认的监听端口
daemonize yes                       #137行,启用守护进程
pidfile /var/run/redis_6379.pid     #159行,指定 PID 文件
loglevel notice                     #167行,日志级别
logfile /var/log/redis_6379.log     #172行,指定日志文件

4.查看运行状态

/etc/init.d/redis_6379 restart
#重启服务,使配置生效

/etc/init.d/redis_6379 status
#查看状态

四、Redis 常用工具

1.Redis 命令工具

命令行解释
redis-server用于启动Redis 的工具
redis- benchmark用于检测Redis 在本机的运行效率
redis-check-aof修复AOF持久化文件
redis-check-rdb修复RDB 持久化文件
redis-cliRedis 命令行工具

rdb 和aof 是redis服务中持久化功能的两种形式RDB AOF
redis-cli 常用于登陆至redis 数据库

2.Redis-cli 命令行工具(远程登陆)

语法: redis-cli -h host -p port -a password
-h :指定远程主机
-p :指定Redis 服务的端口号
-a :指定密码,未设置数据库密码可以省略-a选项
若不添加任何选项表示,则使用127.0.0.1:6379 连接本机上的 Redis 数据库,

redis-cli -h 192.168.126.15 -p 6379
#此时无密码,不需要-a直接登陆

[root@localhost ~]# redis-cli -h 192.168.126.15 -p 6379 
192.168.126.15:6379> config set requirepass 123456
OK				#修改密码

ps:    mysql的远程登陆方式:
mysql -u root -p -h 111.1.1.1 -P 8888

3.redis-benchmark 测试工具

redis-benchmark 是官方自带的 Redis 性能测试工具,可以有效的测试 Redis 服务的性能

基本的测试语法:redis-benchmark [选项] [选项值]

-h	指定服务器主机名
-p	指定服务器端口
-s	指定服务器 socket
-c	指定并发连接数
-n	指定请求数
-d	以字节的形式指定 SET/GET 值的数据大小
-k	1=keep alive 0=reconnect 
-r	SET/GET/INCR 使用随机 key, SADD 使用随机值
-P	通过管道传输请求
-q	强制退出 redis。仅显示 query/sec 值
--csv	以 CSV 格式输出
-l	生成循环,永久执行测试
-t	仅运行以逗号分隔的测试命令列表
-I	Idle 模式。仅打开 N 个 idle 连接并等待
#向IP地址为192.168.226.129、端口为6379 的Redis 服务器发送100个并发连接与100000 个请求测试性能
redis-benchmark -h 192.168.226.129 -p 6379 -c 100 -n 100000

#测试存取大小为100字节的数据包的性能
redis-benchmark -h 192.168.226.129 -p 6379 -q -d 100

#测试本机上Redis 服务在进行set与lpush操作时的性能
redis-benchmark -t set,lpush -n 100000 -q

总结

  • 关系型数据库:

  • 实例–>数据库–>表(table)–>记录行((row)、数据字段(column)

  • 非关系型数据库:

  • 实例–>数据库–>集合(collection)–>键值对(key-value)

  • 非关系型数据库不需要手动建数据库和集合(表)

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