40 | Redis的下一步：基于NVM内存的实践
Redis核心技术与实战
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40 | Redis的下一步：基于NVM内存的实践
非易失存储（Non-Volatile Memory，NVM） 器件具有容量大、性能快、能持久化保存数据的特性，这些刚好就是 Redis 追求的目标。同时，NVM 器件像 DRAM 一样，可以让软件以字节粒度进行寻址访问，所以，在实际应用中，NVM 可以作为内存来使用，称为 NVM 内存。
Redis 发展的下一步，就可以基于 NVM 内存来实现大容量实例，或者是实现快速持久化数据和恢复。
NVM 内存的特性与使用模式
Redis 是基于 DRAM 内存的键值数据库，而跟传统的 DRAM 内存相比，NVM 有三个显著的特点：
- NVM 内存最大的优势是可以直接持久化保存数据。
数据保存在 NVM 内存上后，即使发生宕机或是掉电，数据仍然存在 NVM 内存上。但如果数据是保存在 DRAM 上，那么，掉电后数据就会丢失。 - NVM 内存的访问速度接近 DRAM 的速度。
- NVM 内存的容量很大。
NVM 器件的密度大，单个 NVM 的存储单元可以保存更多数据。例如，单根 NVM 内存条就能达到 128GB 的容量，最大可以达到 512GB，而单根 DRAM 内存条通常是 16GB 或 32GB。所以，可以很轻松地用 NVM 内存构建 TB 级别的内存。
Intel 在 2019 年 4 月份时推出的 Optane AEP 内存条（简称 AEP 内存）。AEP 内存给软件提供了两种使用模式，分别对应着使用了 NVM 的容量大和持久化保存数据两个特性。
- 第一种是 Memory 模式。
这种模式是把 NVM 内存作为大容量内存来使用，也就是说，只使用 NVM 容量大和性能高的特性，没有启用数据持久化的功能。
在 Memory 模式下，服务器上仍然需要配置 DRAM 内存，但是，DRAM 内存是被 CPU 用作 AEP 内存的缓存，DRAM 的空间对应用软件不可见。 换句话说，软件系统能使用到的内存空间，就是 AEP 内存条的空间容量。 - 第二种是 App Direct 模式。
这种模式启用了 NVM 持久化数据的功能。 在这种模式下，应用软件把数据写到 AEP 内存上时，数据就直接持久化保存下来了。所以，使用了 App Direct 模式的 AEP 内存，也叫做持久化内存（Persistent Memory，PM）。
基于 NVM 内存的 Redis 实践
当 AEP 内存使用 Memory 模式时，应用软件就可以利用它的大容量特性来保存大量数据，Redis 也就可以给上层业务应用提供大容量的实例。而且，在 Memory 模式下，Redis 可以像在 DRAM 内存上运行一样，直接在 AEP 内存上运行，不用修改代码。
在 Memory 模式下，AEP 内存的访问延迟会比 DRAM 高一点，Redis 实例读性能会有所降低，需要在保存大量数据和读性能较慢两者之间做个取舍。
Redis 在涉及持久化操作时的问题：
- RDB 文件创建时的 fork 操作会阻塞主线程；
- AOF 文件记录日志时，需要在数据可靠性和写性能之间取得平衡；
- 使用 RDB 或 AOF 恢复数据时，恢复效率受 RDB 和 AOF 大小的限制。
如果使用持久化内存，就可以充分利用 PM 快速持久化的特点，来避免 RDB 和 AOF 的操作。因为 PM 支持内存访问，而 Redis 的操作都是内存操作，可以把 Redis 直接运行在 PM 上。同时，数据本身就可以在 PM 上持久化保存，不再需要额外的 RDB 或 AOF 日志机制来保证数据可靠性。
PM 的使用方法：
- 当服务器中部署了 PM 后，可以在操作系统的 /dev 目录下看到一个 PM 设备，如下所示：
/dev/pmem0
- 然后，需要使用 ext4-dax 文件系统来格式化这个设备：
mkfs.ext4 /dev/pmem0
- 然后，把这个格式化好的设备，挂载到服务器上的一个目录下：
mount -o dax /dev/pmem0 /mnt/pmem0
此时，就可以在这个目录下创建文件。创建好了以后，再把这些文件通过内存映射（mmap）的方式映射到 Redis 的进程空间。这样就可以把 Redis 接收到的数据直接保存到映射的内存空间上，而这块内存空间是由 PM 提供的。所以，数据写入这块空间时，就可以直接被持久化保存。
因为 PM 的读写速度比 DRAM 慢，所以，如果使用 PM 来运行 Redis，需要评估下 PM 提供的访问延迟和访问带宽，是否能满足业务层的需求。