Redis Sentinel机制与用法(一)

概述

Redis-Sentinel是Redis官方推荐的高可用性(HA)解决方案,当用Redis做Master-slave的高可用方案时,假如master宕机了,Redis本身(包括它的很多客户端)都没有实现自动进行主备切换,而Redis-sentinel本身也是一个独立运行的进程,它能监控多个master-slave集群,发现master宕机后能进行自懂切换。

它的主要功能有以下几点

不时地监控redis是否按照预期良好地运行;

如果发现某个redis节点运行出现状况,能够通知另外一个进程(例如它的客户端);

能够进行自动切换。当一个master节点不可用时,能够选举出master的多个slave(如果有超过一个slave的话)中的一个来作为新的master,其它的slave节点会将它所追随的master的地址改为被提升为master的slave的新地址。


Sentinel支持集群

很显然,只使用单个sentinel进程来监控redis集群是不可靠的,当sentinel进程宕掉后(sentinel本身也有单点问题,single-point-of-failure)整个集群系统将无法按照预期的方式运行。所以有必要将sentinel集群,这样有几个好处:

即使有一些sentinel进程宕掉了,依然可以进行redis集群的主备切换;

如果只有一个sentinel进程,如果这个进程运行出错,或者是网络堵塞,那么将无法实现redis集群的主备切换(单点问题);

如果有多个sentinel,redis的客户端可以随意地连接任意一个sentinel来获得关于redis集群中的信息。

Sentinel版本

Sentinel当前最新的稳定版本称为Sentinel 2(与之前的Sentinel 1区分开来)。随着redis2.8的安装包一起发行。安装完Redis2.8后,可以在redis2.8/src/里面找到Redis-sentinel的启动程序。

强烈建议

如果你使用的是redis2.6(sentinel版本为sentinel 1),你最好应该使用redis2.8版本的sentinel 2,因为sentinel 1有很多的Bug,已经被官方弃用,所以强烈建议使用redis2.8以及sentinel 2。

运行Sentinel

运行sentinel有两种方式:

第一种

redis-sentinel /path/to/sentinel.conf

第二种

redis-server /path/to/sentinel.conf--sentinel

以上两种方式,都必须指定一个sentinel的配置文件sentinel.conf,如果不指定,将无法启动sentinel。sentinel默认监听26379端口,所以运行前必须确定该端口没有被别的进程占用。

Sentinel的配置

Redis源码包中包含了一个sentinel.conf文件作为sentinel的配置文件,配置文件自带了关于各个配置项的解释。典型的配置项如下所示:

sentinelmonitormymaster 127.0.0.1 6379 2sentinel down-after-milliseconds mymaster 60000sentinel failover-timeout mymaster 180000sentinel parallel-syncs mymaster 1sentinelmonitorresque 192.168.1.3 6380 4sentinel down-after-milliseconds resque 10000sentinel failover-timeout resque 180000sentinel parallel-syncs resque 5

上面的配置项配置了两个名字分别为mymaster和resque的master,配置文件只需要配置master的信息就好啦,不用配置slave的信息,因为slave能够被自动检测到(master节点会有关于slave的消息)。需要注意的是,配置文件在sentinel运行期间是会被动态修改的,例如当发生主备切换时候,配置文件中的master会被修改为另外一个slave。这样,之后sentinel如果重启时,就可以根据这个配置来恢复其之前所监控的redis集群的状态。

接下来我们将一行一行地解释上面的配置项

sentinelmonitormymaster 127.0.0.1 6379 2

这一行代表sentinel监控的master的名字叫做mymaster,地址为127.0.0.1:6379,行尾最后的一个2代表什么意思呢?我们知道,网络是不可靠的,有时候一个sentinel会因为网络堵塞而误以为一个master redis已经死掉了,当sentinel集群式,解决这个问题的方法就变得很简单,只需要多个sentinel互相沟通来确认某个master是否真的死了,这个2代表,当集群中有2个sentinel认为master死了时,才能真正认为该master已经不可用了。(sentinel集群中各个sentinel也有互相通信,通过gossip协议)。

除了第一行配置,我们发现剩下的配置都有一个统一的格式:

sentinel

接下来我们根据上面格式中的option_name一个一个来解释这些配置项:

down-after-milliseconds

sentinel会向master发送心跳PING来确认master是否存活,如果master在“一定时间范围”内不回应PONG或者是回复了一个错误消息,那么这个sentinel会主观地(单方面地)认为这个master已经不可用了(subjectively down, 也简称为SDOWN)。而这个down-after-milliseconds就是用来指定这个“一定时间范围”的,单位是毫秒。

不过需要注意的是,这个时候sentinel并不会马上进行failover主备切换,这个sentinel还需要参考sentinel集群中其他sentinel的意见,如果超过某个数量的sentinel也主观地认为该master死了,那么这个master就会被客观地(注意哦,这次不是主观,是客观,与刚才的subjectively down相对,这次是objectively down,简称为ODOWN)认为已经死了。需要一起做出决定的sentinel数量在上一条配置中进行配置。

parallel-syncs

在发生failover主备切换时,这个选项指定了最多可以有多少个slave同时对新的master进行同步,这个数字越小,完成failover所需的时间就越长,但是如果这个数字越大,就意味着越多的slave因为replication而不可用。可以通过将这个值设为 1 来保证每次只有一个slave处于不能处理命令请求的状态。

其他配置项在sentinel.conf中都有很详细的解释。

所有的配置都可以在运行时用命令SENTINEL SET command动态修改。

Sentinel的“仲裁会”

前面我们谈到,当一个master被sentinel集群监控时,需要为它指定一个参数,这个参数指定了当需要判决master为不可用,并且进行failover时,所需要的sentinel数量,本文中我们暂时称这个参数为票数

不过,当failover主备切换真正被触发后,failover并不会马上进行,还需要sentinel中的大多数sentinel授权后才可以进行failover。

当ODOWN时,failover被触发。failover一旦被触发,尝试去进行failover的sentinel会去获得“大多数”sentinel的授权(如果票数比大多数还要大的时候,则询问更多的sentinel)

这个区别看起来很微妙,但是很容易理解和使用。例如,集群中有5个sentinel,票数被设置为2,当2个sentinel认为一个master已经不可用了以后,将会触发failover,但是,进行failover的那个sentinel必须先获得至少3个sentinel的授权才可以实行failover。

如果票数被设置为5,要达到ODOWN状态,必须所有5个sentinel都主观认为master为不可用,要进行failover,那么得获得所有5个sentinel的授权。

配置版本号

为什么要先获得大多数sentinel的认可时才能真正去执行failover呢?

当一个sentinel被授权后,它将会获得宕掉的master的一份最新配置版本号,当failover执行结束以后,这个版本号将会被用于最新的配置。因为大多数sentinel都已经知道该版本号已经被要执行failover的sentinel拿走了,所以其他的sentinel都不能再去使用这个版本号。这意味着,每次failover都会附带有一个独一无二的版本号。我们将会看到这样做的重要性。

而且,sentinel集群都遵守一个规则:如果sentinel A推荐sentinel B去执行failover,B会等待一段时间后,自行再次去对同一个master执行failover,这个等待的时间是通过failover-timeout配置项去配置的。从这个规则可以看出,sentinel集群中的sentinel不会再同一时刻并发去failover同一个master,第一个进行failover的sentinel如果失败了,另外一个将会在一定时间内进行重新进行failover,以此类推。

redis sentinel保证了活跃性:如果大多数sentinel能够互相通信,最终将会有一个被授权去进行failover.

redis sentinel也保证了安全性:每个试图去failover同一个master的sentinel都会得到一个独一无二的版本号。

配置传播

一旦一个sentinel成功地对一个master进行了failover,它将会把关于master的最新配置通过广播形式通知其它sentinel,其它的sentinel则更新对应master的配置。

一个faiover要想被成功实行,sentinel必须能够向选为master的slave发送SLAVE OF NO ONE命令,然后能够通过INFO命令看到新master的配置信息。

当将一个slave选举为master并发送SLAVE OF NO ONE`后,即使其它的slave还没针对新master重新配置自己,failover也被认为是成功了的,然后所有sentinels将会发布新的配置信息。

新配在集群中相互传播的方式,就是为什么我们需要当一个sentinel进行failover时必须被授权一个版本号的原因。

每个sentinel使用##发布/订阅##的方式持续地传播master的配置版本信息,配置传播的##发布/订阅##管道是:__sentinel__:hello。

因为每一个配置都有一个版本号,所以以版本号最大的那个为标准。

举个栗子:假设有一个名为mymaster的地址为192.168.1.50:6379。一开始,集群中所有的sentinel都知道这个地址,于是为mymaster的配置打上版本号1。一段时候后mymaster死了,有一个sentinel被授权用版本号2对其进行failover。如果failover成功了,假设地址改为了192.168.1.50:9000,此时配置的版本号为2,进行failover的sentinel会将新配置广播给其他的sentinel,由于其他sentinel维护的版本号为1,发现新配置的版本号为2时,版本号变大了,说明配置更新了,于是就会采用最新的版本号为2的配置。

这意味着sentinel集群保证了第二种活跃性:一个能够互相通信的sentinel集群最终会采用版本号最高且相同的配置。

SDOWN和ODOWN的更多细节

sentinel对于不可用有两种不同的看法,一个叫主观不可用(SDOWN),另外一个叫客观不可用(ODOWN)。SDOWN是sentinel自己主观上检测到的关于master的状态,ODOWN需要一定数量的sentinel达成一致意见才能认为一个master客观上已经宕掉,各个sentinel之间通过命令SENTINEL is_master_down_by_addr来获得其它sentinel对master的检测结果。

从sentinel的角度来看,如果发送了PING心跳后,在一定时间内没有收到合法的回复,就达到了SDOWN的条件。这个时间在配置中通过is-master-down-after-milliseconds参数配置。

当sentinel发送PING后,以下回复之一都被认为是合法的:

PINGrepliedwith+PONG.PINGrepliedwith-LOADING error.PINGrepliedwith-MASTERDOWN error.

其它任何回复(或者根本没有回复)都是不合法的。

从SDOWN切换到ODOWN不需要任何一致性算法,只需要一个gossip协议:如果一个sentinel收到了足够多的sentinel发来消息告诉它某个master已经down掉了,SDOWN状态就会变成ODOWN状态。如果之后master可用了,这个状态就会相应地被清理掉。

正如之前已经解释过了,真正进行failover需要一个授权的过程,但是所有的failover都开始于一个ODOWN状态。

ODOWN状态只适用于master,对于不是master的redis节点sentinel之间不需要任何协商,slaves和sentinel不会有ODOWN状态。

Sentinel之间和Slaves之间的自动发现机制

虽然sentinel集群中各个sentinel都互相连接彼此来检查对方的可用性以及互相发送消息。但是你不用在任何一个sentinel配置任何其它的sentinel的节点。因为sentinel利用了master的发布/订阅机制去自动发现其它也监控了统一master的sentinel节点。

通过向名为__sentinel__:hello的管道中发送消息来实现。

同样,你也不需要在sentinel中配置某个master的所有slave的地址,sentinel会通过询问master来得到这些slave的地址的。

每个sentinel通过向每个master和slave的发布/订阅频道__sentinel__:hello每秒发送一次消息,来宣布它的存在。

每个sentinel也订阅了每个master和slave的频道__sentinel__:hello的内容,来发现未知的sentinel,当检测到了新的sentinel,则将其加入到自身维护的master监控列表中。

每个sentinel发送的消息中也包含了其当前维护的最新的master配置。如果某个sentinel发现

自己的配置版本低于接收到的配置版本,则会用新的配置更新自己的master配置。

在为一个master添加一个新的sentinel前,sentinel总是检查是否已经有sentinel与新的sentinel的进程号或者是地址是一样的。如果是那样,这个sentinel将会被删除,而把新的sentinel添加上去。

网络隔离时的一致性

redis sentinel集群的配置的一致性模型为最终一致性,集群中每个sentinel最终都会采用最高版本的配置。然而,在实际的应用环境中,有三个不同的角色会与sentinel打交道:

Redis实例.

Sentinel实例.

客户端.

为了考察整个系统的行为我们必须同时考虑到这三个角色。

下面有个简单的例子,有三个主机,每个主机分别运行一个redis和一个sentinel:

+-------------+            |Sentinel 1|<--- Client A|Redis 1 (M)|            +-------------+                    || +-------------+    |+------------+|Sentinel 2|-----+-- / partition / ----|Sentinel 3|<--- Client B|Redis 2 (S)||Redis 3 (M)| +-------------+                          +------------+

在这个系统中,初始状态下redis3是master, redis1和redis2是slave。之后redis3所在的主机网络不可用了,sentinel1和sentinel2启动了failover并把redis1选举为master。

Sentinel集群的特性保证了sentinel1和sentinel2得到了关于master的最新配置。但是sentinel3依然持着的是就的配置,因为它与外界隔离了。

当网络恢复以后,我们知道sentinel3将会更新它的配置。但是,如果客户端所连接的master被网络隔离,会发生什么呢?

客户端将依然可以向redis3写数据,但是当网络恢复后,redis3就会变成redis的一个slave,那么,在网络隔离期间,客户端向redis3写的数据将会丢失。

也许你不会希望这个场景发生:

如果你把redis当做缓存来使用,那么你也许能容忍这部分数据的丢失。

但如果你把redis当做一个存储系统来使用,你也许就无法容忍这部分数据的丢失了。

因为redis采用的是异步复制,在这样的场景下,没有办法避免数据的丢失。然而,你可以通过以下配置来配置redis3和redis1,使得数据不会丢失。

min-slaves-to-write1min-slaves-max-lag10

通过上面的配置,当一个redis是master时,如果它不能向至少一个slave写数据(上面的min-slaves-to-write指定了slave的数量),它将会拒绝接受客户端的写请求。由于复制是异步的,master无法向slave写数据意味着slave要么断开连接了,要么不在指定时间内向master发送同步数据的请求了(上面的min-slaves-max-lag指定了这个时间)。

Sentinel状态持久化

snetinel的状态会被持久化地写入sentinel的配置文件中。每次当收到一个新的配置时,或者新创建一个配置时,配置会被持久化到硬盘中,并带上配置的版本戳。这意味着,可以安全的停止和重启sentinel进程。

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