利用redis-sentinel+keepalived实现redis高可用

目标、需求：

为上层应用提供高可靠、低延迟、低（无限接近0）数据损失的Redis缓存服务

方案概述：

采用同一网络内的三台主机（可以是物理主机、虚拟机或docker容器），要求三台主机之间都能相互访问，每一台主机上都安装redis-server、redis-sentinel和keepalived。

redis-server负责提供Redis缓存服务，三台主机间的关系是master-slave-slave

redis-sentinel负责提供Redis高可用，三台主机间的关系与redis-server相同

keepalived负责提供VIP地址供上层应用使用，三台主机的关系是master-backup-backup，VIP始终在redis-server master上，保证对上层应用可写可读。

三台主机的冗余度是1，也就是说当有一台主机宕机时另外两台中至少有一台主机可以提供Redis缓存服务

方案原理：

redis-server提供单实例的Redis缓存服务，redis-sentinel能在一台主机挂掉时自动的将某一台可用主机上的redis-server由slave状态切换成master状态。

keepalived通过vrrp_script检测当前主机上的redis-server是否以master状态运行，如果当前主机上的redis-server正在以master状态运行，则将vrrp_instance标记为存活状态，并分配VIP；如果当前主机上的redis-server正在以slave状态运行，则将vrrp_instance标记为错误状态。当某台主机宕机后，其他两台主机上的keepalived会将VIP切换到新的master（当前主机上的redis-server正在以master状态运行）上。

由于keepalived的VIP切换有延迟（大约40ms），因此上层应用不能过分依赖Redis，例如大规模并发性的短时间内向Redis插入大量数据。

连接图

如图所示，有三台主机，分别标识为Redis1、Redis2、Redis3，它们的角色和配置等信息如下：

主机标识	Redis1	Redis2	Redis3
IP地址	192.168.1.241	192.168.1.242	192.168.1.243
预设配置	redis-server master           keepalived master	redis-server slave           keepalived backup	redis-server slave           keepalived backup
	VIP

 

配置步骤：

步骤概述

1. 安装：安装redis-server、redis-sentinel、keepalived

2. 配置：配置Redis1、Redis2、Redis3，主要是编辑各个服务的配置文件

3. 启动：先启动redis-server、再启动redis-sentinel、最后自动keepalived

4. 验证：模拟一台主机宕机，主机网络中断，redis-server、redis-sentinel、keepalived三个服务任何一个发生故障的情况。

（1）设定主机名（建议设定为fqdn格式）、同步时间、更改文件描述符最大打开数量、更改内核参数、配置编译环境、配置防火墙在此就不赘述了。

（2）安装redis-server和redis-sentinel

Redis的安装由于只是bin二进制可执行文件和data目录比较重要，因此简化安装如下    

# http://download.redis.io/redis-stable.tar.gz     
wget -c http://download.redis.io/releases/redis-3.0.7.tar.gz     
tar zxf redis-3.0.7.tar.gz     
cd redis-3.0.7     
make     
cd     
\cp redis-3.0.7/src/redis-benchmark /usr/local/sbin/     
\cp redis-3.0.7/src/redis-check-aof /usr/local/sbin/     
\cp redis-3.0.7/src/redis-check-dump /usr/local/sbin/     
\cp redis-3.0.7/src/redis-cli /usr/local/sbin/     
\cp redis-3.0.7/src/redis-sentinel /usr/local/sbin/     
\cp redis-3.0.7/src/redis-server /usr/local/sbin/     
mkdir /etc/redis     
mkdir -p /data/redis-6379/

（3）安装keepalived

# http://www.keepalived.org/documentation.html     
wget -c http://www.keepalived.org/software/keepalived-1.2.19.tar.gz     
tar zxf keepalived-1.2.19.tar.gz     
cd keepalived-1.2.19     
./configure --prefix=/usr/local/keepalived     
make     
make install     
cp /usr/local/keepalived/sbin/keepalived /usr/sbin/     
cp /usr/local/keepalived/etc/sysconfig/keepalived /etc/sysconfig/     
cp /usr/local/keepalived/etc/rc.d/init.d/keepalived /etc/init.d/     
mkdir /etc/keepalived

keepalived的配置文件在后面添加

（4）Redis1上的redis-sentinel配置文件

cat >/etc/redis/sentinel.conf< 
  
Redis2和Redis3上的redis-sentinel配置文件与Redis1上的redis-sentinel配置文件内容相同。
 
  
（5）Redis1上的redis-server的配置文件
 
  
cat > /etc/redis/redis-6379.conf < 
  
（6）Redis2与Redis3上的redis-server配置文件
 
  
cat > /etc/redis/redis-6379.conf < 
  
（7）Redis1上的keepalived配置文件(vim /etc/keepalived/keepalived.conf)
 
  
关于keepalived的配置文件
 
  
keepalived的配置文件默认是没有的，当然sample&example文件还是有的，通常在PREFIX/etc/sample目录下。
 
  
keepalived master和backup（backups）之间不同的是：
 
  
1.优先级的不同，master的优先级priority的数字要高一些
 
  
2.global_defs段的router_id都不一样，实际中可以用任意名字区分也可以用主机名区分
 
  
3.backup的配置文件中还有一个nopreempt字段，意思是设置为非抢占模式，作用是让master优先获取到VIP，并保证VIP是在原先的master上。
 
  
! Configuration File for keepalived     
global_defs {     
   notification_email {     
     root@localhost     
   }     
   notification_email_from keepalived@localhost     
   smtp_server 127.0.0.1     
   smtp_connect_timeout 10     
   router_id keepalivedha_1     
}     
vrrp_script chk_http_port {     
    script "redis-cli info | grep role:master >/dev/null 2>&1"     
    interval 1     
    timeout 2     
    fall 2     
    rise 1     
}     
vrrp_sync_group VG_1 {     
    group {     
        VI_1     
    }     
}     
vrrp_instance VI_1 {     
    state BACKUP     
    interface eth1     
    #use_vmac keepalived     
    #vmac_xmit_base     
    mcast_src_ip 192.168.1.241     
    smtp_alert     
    virtual_router_id 20    
    priority 100     
    advert_int 1     
    authentication {     
        auth_type PASS     
        auth_pass password     
    }     
    virtual_ipaddress {     
        192.168.1.245     
    }     
    track_script {     
        chk_http_port     
    }     
}
 
  
（8）Redis2上的keepalived配置文件
 
  
! Configuration File for keepalived    
global_defs {     
   notification_email {     
     root@localhost     
   }     
   notification_email_from keepalived@localhost    
   smtp_server 127.0.0.1     
   smtp_connect_timeout 10     
   router_id keepalivedha_2     
}     
vrrp_script chk_http_port {     
    script "redis-cli info | grep role:master >/dev/null 2>&1"     
    interval 1     
    timeout 2     
    fall 2     
    rise 1     
}     
vrrp_sync_group VG_1 {     
    group {     
        VI_1     
    }     
}     
vrrp_instance VI_1 {     
    state BACKUP     
    interface eth2     
    #use_vmac keepalived     
    #vmac_xmit_base     
    mcast_src_ip 192.168.1.242     
    smtp_alert     
    virtual_router_id 20    
    priority 99     
    advert_int 1     
    authentication {     
        auth_type PASS     
        auth_pass password     
    }     
    virtual_ipaddress {     
        192.168.1.245     
    }     
    track_script {     
        chk_http_port     
    }     
    nopreempt     
}
 
  
（9）Redis3上的keepalived配置文件
 
  
! Configuration File for keepalived    
global_defs {     
   notification_email {     
     root@localhost     
   }     
   notification_email_from keepalived@localhost     
   smtp_server 127.0.0.1     
   smtp_connect_timeout 10     
   router_id keepalivedha_3    
}     
vrrp_script chk_http_port {     
    script "redis-cli info | grep role:master >/dev/null 2>&1"     
    interval 1     
    timeout 2     
    fall 2     
    rise 1     
}     
vrrp_sync_group VG_1 {     
    group {     
        VI_1     
    }     
}     
vrrp_instance VI_1 {     
    state BACKUP     
    interface eth1     
    #use_vmac keepalived     
    #vmac_xmit_base     
    mcast_src_ip 192.168.1.243     
    smtp_alert     
    virtual_router_id 20    
    priority 98     
    advert_int 1     
    authentication {     
        auth_type PASS     
        auth_pass password     
    }     
    virtual_ipaddress {     
        192.168.1.245     
    }     
    track_script {     
        chk_http_port     
    }     
    nopreempt     
}
 
  
（10）启动redis-server
 
  
redis-server /etc/redis/redis-6379.conf
tail /data/redis-6379/redis.log
 
  
（11）启动redis-sentinel
 
  
redis-sentinel /etc/redis/redis-sentinel.conf
tail /data/redis-6379/redis-sentinel.log
 
  
（12）启动keepalived
 
  
service keepalived start
tail /var/log/messages
 
  
如果keepalived启动后日志如下图显示则表示启动成功。
 
  
 
 
  
 
 
  
测试
 
  
测试分两块内容，一是测试键值对的set与get，二是测试自增唯一id的是否可用。
 
  
（1）测试Redis键值对的set与get
 
  
先不模拟故障，先测试一下redis的set、get和复制情况
 
  
 
 
  
 
 
  
再测试一下模拟故障出现时redis的set、get和复制情况
 
  
停掉Redis1上的redis-server
 
  
 
 
  
Redis1上的VIP已经被移除
 
  
 
 
  
 
 
  
查看Redis2上的Redis状态和VIP状态
 
  
 
 
  
 
 
  
通过上图的***文字可以看出，VIP已经漂移到新的redis-server master了。
 
  
注意：VIP的漂移过程是需要时间的，时间大概需要10*4ms左右，如下图所示：
 
  
 
 
  
 
 
  
此时再次测试一下Redis的复制情况
 
  
 
 
  
由上图可见，Redis复制情况正常，上层应用依然可以使用Redis缓存服务。
 
  
（2）测试自增唯一id（autoincrementing unique identifier）
 
  
概念参考：http://redis-cookbook.readthedocs.org/en/latest/z.html
 
  
自增唯一id最常见的应用就是作为关系型数据库的主键，因为主键必须确保每个数据项都有唯一id。
 
  
它也可以在不支持自增唯一id的数据库中(比如MongoDB)用来替代唯一id(uniqueidentifier，通常是一个哈希值)
 
  
它也可以为用户提供更好的URL：比如将/topic/4e491e229f328b0cd900010d修改为/topic/10086。
 
  
一个自增唯一id对象最重要的是保证值的唯一性，要做到这一点，自增id的自增incr操作必须是一个原子操作，它应该能在一个原子时间内完成以下两件事:
 
  
增加id值，返回当前id值，并且它也没有减法decr和清零reset等操作，因为这些操作破坏了唯一性。
 
  
get操作一般只用于内部检查，比如观察值是否溢出，但在一般情况下，自增唯一id对象应该只有一个incr操作。
 
  
先测试一下主机健康状态下的自增唯一id
 
  
 
  
发现各个redis-server中的自增唯一id是好用的。再测试一下某台主机故障状态下的自增唯一id。先根据ip addr找到VIP的主机位置，或者通过redis-cli info查看role找到redis-server master的主机，然后kill redis-server pid，再进行测试。
 
  
 
  
 
  
由此发现redis-server中的自增唯一id仍然是好用的。
 
  
故障切换的步骤
 
  
如果一台主机宕机，则主机启动后，先启动redis-server、再启动redis-sentinel、最后自动keepalived。
 
  
如果多台主机宕机，则按照一台主机宕机的步骤做同样处理。
 
  
如果一台主机的中的某台服务停止，则直接启动该服务即可。
 
  
参考
 
  
Redis Documention http://redis.io/documentation
 
  
Redis High Availability http://redis.io/topics/sentinel
 
  
Redis Replication http://redis.io/topics/replication
 
  

 
  
后续
 
  
由于keepalived的应用场景有限，比如它的核心协议VRRP只能工作在局域网内，不能工作在局域网外（网间、广域网），而且在网络不受自己控制时基本不能用，除非设定好的VIP是供局域网使用。因此特别是在云计算环境中，使用云主机（例如阿里云ECS等）就不能用keepalived，因此只能寻找一个可替代keepalived的解决方案来替代它。Consul作为服务注册、服务发现的最佳选择，无疑可以很好的替代keepalived。第二种方案可以参考这篇文章《利用redis-sentinel+consul实现redis高可用》。
 
  
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--end--