一个 Golang 编写的在线 Redis 内存分析工具

2018-12-16 16:26:14 +08:00
 winjeg

redis 内存分析工具 rma4go

redis 是一个很有名的内存型数据库，这里不做详细介绍。而rma4go (redis memory analyzer for golang) 是一个 redis 的内存分析工具，这个工具的主要作用是针对运行时期的 redis 进行内存的分析，统计 redis 中 key 的分布情况， 各种数据类型的使用情况，key 的 size，大 key 的数量及分布, key 的过期状况分布等一些有助于定位 redis 使用问题的工具，希望这能够给应用开发者提供便利排查生产中所遇到的实际问题。

rma4go的应用场景

redis 是目前很流行的一个内存型数据库，很多企业都在使用。 但由于业界并没有很多对于 redis 使用上的规范，或者是有一些规范并没有被很好的遵循， 存在很多 redis 使用上的问题，我这边就列举一些例子：

  1. redis 存用满了, 不知道 key 的分布情况，不知道来源于那个应用
  2. redis 被 block 了，不知道什么原因导致的 block，是哪个应用里的什么 key 的操作导致的
  3. 想迁移 redis 数据，或者调整一些设置，但不知道要不要对 redis 里的数据进行保留，以及不知道什么业务在使用等
  4. redis 的 key 的过期情况不明朗， 不知道哪些东西可以删除或者调整 其实上面的一些问题是我随便列举出来的一些，并不是所有的存在的问题，相信也有很多其他场景同样会用到这样的一个 redis 内存分析工具rma4go

rma4go 的具体功能

数据维度

对于 key 的分析我们这个工具会提供如下几个维度的数据：

当然以后如果发现有更好的纬度也会添加进去，目前先以这几个纬度为主

数据类型设计

type RedisStat struct {
	All     KeyStat `json:"all"`
	String  KeyStat `json:"string"`
	Hash    KeyStat `json:"hash"`
	Set     KeyStat `json:"set"`
	List    KeyStat `json:"list"`
	ZSet    KeyStat `json:"zset"`
	Other   KeyStat `json:"other"`
	BigKeys KeyStat `json:"bigKeys"`
}

// distributions of keys of all prefixes
type Distribution struct {
	KeyPattern string `json:"pattern"`
	Metrics
}

// basic metrics of a group of key
type Metrics struct {
	KeyCount       int64 `json:"keyCount"`
	KeySize        int64 `json:"keySize"`
	DataSize       int64 `json:"dataSize"`
	KeyNeverExpire int64 `json:"neverExpire"`
	ExpireInHour   int64 `json:"expireInHour"`  // >= 0h < 1h
	ExpireInDay    int64 `json:"expireInDay"`   // >= 1h < 24h
	ExpireInWeek   int64 `json:"expireInWeek"`  // >= 1d < 7d
	ExpireOutWeek  int64 `json:"expireOutWeek"` // >= 7d
}

实现细节

key 元信息

type KeyMeta struct {
	Key      string
	KeySize  int64
	DataSize int64
	Ttl      int64
	Type     string
}

众所周知，redis 里的所有的数据基本都是由 key 的， 也是根据 key 进行操作的，那么对 redis 里的 key 进行分析我们必须要记录下来这个 key 的信息才可以做到， 我们能记录的信息正如以上结构中的一样，key 本身，key 的大小， 数据的大小， 过期时间以及 key 的类型。这些信息是我们对 key 进行分析的一个基础信息，都可以通过一些简单的 redis 命令就可以取到。

遍历 redis 所有 key

要对一个 redis 进行完整的 key 分析， 我们就需要有办法能够访问到所有 key 的源信息， 所幸 redis 提供了 scan这么一种方式可以比较轻量的遍历所有的 key，访问到相应的 key 的元信息。 这样对于 redis 而言， 进行在线 key 分析的时候造成的压力也不会非常大，当然 key 分析不能再 QPS 高峰期进行， 需要在 redis 资源余量允许的情况下进行分析。

另外由于 redis 本身的一个内存清理机制，有 25%的过期占用可以在分析 key 的时候被清理掉， 因此这个分析工具同时兼具了清理一部分内存的作用， 如果 redis 里面存在过期的而且存在于内存里面的 key 的话。

对记录的信息进行分析与汇总

有了遍历所有 key 的方法， 又有了元数据， 剩下的事情就是把这些数据进行聚合汇总， 这个主要是一个算法上的工作， 最难的部分要数这个 key 聚合的部分了， 这里面有很多取舍， 由于作者我本人不是专攻算法的， 而且没有找到合适的库， 因此只能动手自己想了一种方式。 基本的思路是：

压缩的算法
  1. 对于每个新的 key 的元信息， 添加到老的 key 分析对象里去
  2. 对这个 key 从后往前缩短， 去除尾部，看是否已经包含这个 key 的统计信息，如果包含， 则把 key 的信息累加上去， 如果不包含则创建一个新的纪录。
  3. 当记录的个数添加到一定数量的时候， 对对象的个数进行一次压缩
    • 压缩的算法也是从字符串的末尾往字符串首部进行压缩
    • 当压缩不能增加这个 pattern 的 key 的个数的时候使用原来的 key （压缩前的 key ）
    • 当压缩可以增加这个 pattern 的 key 的个数的时候，进行 key 的合并，把 pattern 设置成压缩后的 pattern
    • 当记录的条数超过指定的条数就循环往复，直到压缩到小于指定的条数为止
    • 如果对于 key 的最小长度（就算再压缩也要保留一两位）有要求， 有一些压缩到字符串的最小长度的参数可以进行调整与设置， 进行一定的取舍。
  4. 直到 scan 完毕
代码如下
const (
	defaultSize = 128
	compactNum  = 30
	maxLeftNum =  150
	minKeyLenLower = 2
	minKeyLen   = 5
)


func (stat *KeyStat) compact() {
	distMap := stat.Distribution
	tmpMap := make(map[string][]string, defaultSize)
	shrinkTo := compactNum
	for k := range distMap {
		compactedKey := k
		if orgks, ok := tmpMap[compactedKey]; ok {
			orgks = append(orgks, k)
			tmpMap[compactedKey] = orgks
		} else {
			ks := make([]string, 0, defaultSize)
			ks = append(ks, k)
			tmpMap[compactedKey] = ks
		}
	}
	shrinkTo--
	for (len(tmpMap) > compactNum && shrinkTo >= minKeyLen) || (len(tmpMap) > maxLeftNum && shrinkTo >= minKeyLenLower) {
		tnMap := make(map[string][]string, defaultSize)
		for k := range tmpMap {
			// shrink
			if len(k) > shrinkTo {
				compactedKey := k[0:shrinkTo]
				if oik, ok := tnMap[compactedKey]; ok {
					oik = append(oik, tmpMap[k]...)
					tnMap[compactedKey] = oik

				} else {
					ks := make([]string, 0, defaultSize)
					ks = append(ks, tmpMap[k]...)
					tnMap[compactedKey] = ks
				}
			} else {
				tnMap[k] = tmpMap[k]
			}
		}

		// 如果此次 shrink 没有使得这个集合的元素数量增加， 就使用原来的 key
		for k := range tmpMap {
			if len(k) > shrinkTo {
				ck := k[0:shrinkTo]
				if len(tnMap[ck]) == len(tmpMap[k]) && len(tnMap[ck]) > 1 {
					x := make([]string, 0, defaultSize)
					tnMap[k] = append(x, tnMap[ck]...)
					delete(tnMap, ck)
				}
			}
		}
		tmpMap = tnMap
		shrinkTo --
	}

	dists := make(map[string]Distribution, defaultSize)
	for k, v := range tmpMap {
		if len(v) > 1 {
			var nd Distribution
			for _, dk := range v {
				d := distMap[dk]
				nd.KeyPattern = k + "*"
				nd.KeyCount += d.KeyCount
				nd.KeySize += d.KeySize
				nd.DataSize += d.DataSize
				nd.ExpireInHour += d.ExpireInHour
				nd.ExpireInWeek += d.ExpireInWeek
				nd.ExpireInDay += d.ExpireInDay
				nd.ExpireOutWeek += d.ExpireOutWeek
				nd.KeyNeverExpire += d.KeyNeverExpire
			}
			dists[k] = nd
		} else {
			for _, dk := range v {
				nd := distMap[dk]
				nd.KeyPattern = dk + "*"
				dists[dk] = nd
			}
		}
	}
	stat.Distribution = dists
}

在线 key 分析的 github 项目

rma4go 这是一个我已经写好的项目， 它使用起来非常简单

构建方法

  1. 构建之前请确保 golang sdk 已经安装， 并且版本 >=1.11.0
  2. 请确保已经具备翻墙的环境， 因为它要下载一些依赖，可能来自墙外 翻墙方法如下
// linux/osx
export http_proxy=somehost:port
export https_proxy=somehost:port
// windows
set http_proxy=somehost:port
set https_proxy=somehost:port
  1. 构建
git clone git@github.com:winjeg/rma4go.git
cd rma4go
go build .

使用方法

用法如下：rma4go -h

rma4go usage:
rma4go -r some_host -p 6379 -a password -d 0
======================================================
  -H string
        address of a redis (default "localhost")
  -a string
        password/auth of the redis
  -d int
        db of the redis to analyze
  -h    help content
  -p int
        port of the redis (default 6379)
  -r string
        address of a redis (default "localhost")

示例输出

all keys statistics

| PATTERN | KEY NUM | KEY SIZE | DATA SIZE | EXPIRE IN HOUR | EXPIRE IN DAY | EXPIRE IN WEEK | EXPIRE OUT WEEK | NEVER EXPIRE |
|---------|---------|----------|-----------|----------------|---------------|----------------|-----------------|--------------|
| total   |       0 |        0 |         0 |              0 |             0 |              0 |               0 |            0 |
string keys statistics

| PATTERN | KEY NUM | KEY SIZE | DATA SIZE | EXPIRE IN HOUR | EXPIRE IN DAY | EXPIRE IN WEEK | EXPIRE OUT WEEK | NEVER EXPIRE |
|---------|---------|----------|-----------|----------------|---------------|----------------|-----------------|--------------|
| total   |       0 |        0 |         0 |              0 |             0 |              0 |               0 |            0 |
list keys statistics

| PATTERN | KEY NUM | KEY SIZE | DATA SIZE | EXPIRE IN HOUR | EXPIRE IN DAY | EXPIRE IN WEEK | EXPIRE OUT WEEK | NEVER EXPIRE |
|---------|---------|----------|-----------|----------------|---------------|----------------|-----------------|--------------|
| total   |       0 |        0 |         0 |              0 |             0 |              0 |               0 |            0 |
hash keys statistics

| PATTERN | KEY NUM | KEY SIZE | DATA SIZE | EXPIRE IN HOUR | EXPIRE IN DAY | EXPIRE IN WEEK | EXPIRE OUT WEEK | NEVER EXPIRE |
|---------|---------|----------|-----------|----------------|---------------|----------------|-----------------|--------------|
| total   |       0 |        0 |         0 |              0 |             0 |              0 |               0 |            0 |
set keys statistics

| PATTERN | KEY NUM | KEY SIZE | DATA SIZE | EXPIRE IN HOUR | EXPIRE IN DAY | EXPIRE IN WEEK | EXPIRE OUT WEEK | NEVER EXPIRE |
|---------|---------|----------|-----------|----------------|---------------|----------------|-----------------|--------------|
| total   |       0 |        0 |         0 |              0 |             0 |              0 |               0 |            0 |
zset keys statistics

| PATTERN | KEY NUM | KEY SIZE | DATA SIZE | EXPIRE IN HOUR | EXPIRE IN DAY | EXPIRE IN WEEK | EXPIRE OUT WEEK | NEVER EXPIRE |
|---------|---------|----------|-----------|----------------|---------------|----------------|-----------------|--------------|
| total   |       0 |        0 |         0 |              0 |             0 |              0 |               0 |            0 |
other keys statistics

| PATTERN | KEY NUM | KEY SIZE | DATA SIZE | EXPIRE IN HOUR | EXPIRE IN DAY | EXPIRE IN WEEK | EXPIRE OUT WEEK | NEVER EXPIRE |
|---------|---------|----------|-----------|----------------|---------------|----------------|-----------------|--------------|
| total   |       0 |        0 |         0 |              0 |             0 |              0 |               0 |            0 |
big keys statistics

| PATTERN | KEY NUM | KEY SIZE | DATA SIZE | EXPIRE IN HOUR | EXPIRE IN DAY | EXPIRE IN WEEK | EXPIRE OUT WEEK | NEVER EXPIRE |
|---------|---------|----------|-----------|----------------|---------------|----------------|-----------------|--------------|
| total   |       0 |        0 |         0 |              0 |             0 |              0 |               0 |            0 |

数据是有的， 由于平台的限制， 大家可以去我 github 项目的 readme 去看

作为依赖使用

获取方法如下：

go get github.com/winjeg/rma4go

使用方法如下：

func testFunc() {
	h := "localhost"
	a := ""
	p := 6379
	cli := client.BuildRedisClient(client.ConnInfo{
		Host: h,
		Auth: a,
		Port: p,
	}, cmder.GetDb())

	stat := analyzer.ScanAllKeys(cli)
    // print in command line
	stat.Print()
	// the object is ready to use
}

github 维护(主要阵地)

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