Redis系列笔记第三篇----Redis集群

Redis 集群

1. 主从复制

1.1 主从复制简介

单机Redis的问题：

• 机器故障：可能丢数据。

• 容量瓶颈：存不下，硬件有瓶颈。

结论：多台服务器互相复制，实现冗余。

需要解决的问题：如何数据同步。

由主服务器往从服务器复制数据，就叫主从同步。

            主服务器
               |
               |
 --------------|--------------
|              |              |
|              |              |
slave1       slave2        slave3

master：

• 只写不读。
• 写操作后数据自动同步到slave。

slave：

• 只读不写

1.2 高可用集群方案

• 如果master故障，推选出一台slave当做master。
• 如果master压力过大，可在一个slave下继续接slave，把这个slave当做master。
• 引入哨兵机制，做一个master集群。

好处：

• 读写分离。提高读写能力。
• 负载均衡。
• 故障恢复。
• 数据冗余。实现数据的热备份，是AOF和RDB之外的一个手段。
• 高可用的基石。

1.3 主从复制工作流程

1. 建立连接
2. 数据同步
3. 命令传播

1.3.1 建立连接

1. slave到master的连接。

   slaveof ip port

   • 如果连通，master会回复masterhost和masterport。
   • slave将信息保存下来。

2. 建立socket。

   • 根据保存的信息连接master的socket。

3. slave通过定时任务发送ping命令。

   • master回复pong，证明连接没断。

4. 身份验证。

   auth password

   • Redis不对外提供服务，基本上不需要密码。

5. 发送slave端口信息。

   replcof listening-port

   • slave将自己的端口号发给master，master保存下来。

连接方式：

• 方式一：客户端发送命令

  slaveof masterIP masterPort

• 方式二： 启动服务器时加上参数

  redis-server --slaveof masterIP masterPort

• 方式三： 配置文件中配置master节点信息

  slaveof masterIP masterPort

断开方式：

• 从客户端发送命令

  slaveof no one

授权访问：

master：

• master配置文件设置密码

  requirepass 密码

• master客户端发送命令设置密码

  • config set requirepass 密码 设置密码
  • config get requirepass 获取密码

slave：

• slave 客户端发送命令设置密码

  auto 密码

• slave配置文件设置密码

  masterauth 密码

• 启动客户端时输入密码（访问自己服务端的密码）

  redis-cli -a 密码

1.3.2 数据同步

1. 请求同步数据

   • 刚建立连接时，slave请求把master的所有数据都复制到本机。

   psync2

2. master创建rdb同步数据

   • master执行 bgsave。
   • master创建了一个复制缓冲区，将新来的数据放进缓冲区。

3. slave恢复RDB同步数据（全量复制）

   • slave接收rdb文件，并清空自己的数据，执行rdb恢复过程。
   • slave发送命令告诉master恢复完成。

4. 请求并恢复部分同步数据（增量复制）

   • master复制缓冲区信息。
   • slave接收信息，执行bgrewriteaof，恢复数据。

数据同步注意事项

1. 如果master数据量过大，数据同步阶段应该避开流量高峰期。

2. 如果复制缓冲区大小设置的不合理，就会导致数据溢出。如果部分复制发生溢出，那么必须进行第二次全量复制。

   repl-backlog-size 1mb 缓冲区默认是1M。

3. master单机内存占用主机内存的比例不应过大，建议50%-70%，剩下的内存用于执行bgsave和创建复制换冲区。

4. 为避免slave进行复制时服务器阻塞，建议关闭此时的对外服务。

   slave-serve-stale-data yes|no

5. 多个slave同时请求数据同步，会占用大量带宽，注意错峰。

6. 树状节点时，数据一致性比较差，应该谨慎选择。

1.3.3 命令传播阶段

命令传播阶段会部分复制

• 如果出现了长时间断网：全量复制
• 短时间网络中断：部分中断

服务器运行ID： 识别每一次服务运行时的身份识别码，40位的16进制字符。用来在服务器间发送命令时校验身份。

复制缓冲区： 每次传播命令，master都会将传播的命令记录下来，存储在缓冲区。

• 复制缓冲区是用字符来存储的，拆成AOF那种形式。
• 仅保存影响数据变更的指令，比如set、select等。

偏移量offset： 使用偏移量来确认发送到了哪一个字节。

• master和slave都会记录offset，用来对比复制差异。
• master会保存多个offset，每个slave对应一个。
• slave只保存自己的。

1.4 心跳机制

在命令传播阶段，master与slave间需要进行信息交换，使用心跳机制保持双方在线。

• master心跳:

  • 指令：PING
  • 周期： 由repl-ping-slave-period决定，默认是10秒。
  • 作用：判断slave是否在线。
  • 查询：INFO replication 获取slave最后一次连接时间间隔。

• slave心跳：

  • 指令 REPLCONF ACK offset
  • 周期 一秒
  • 向master汇报自己的复制偏移量，并且判断master是否在线。

注意：

• 当slave多次掉线或者延迟过高，就会被master踢了。

  • min-slaves-to-write 2

    最少只剩下2个slave了，就停止写了。

  • min-slaves-max-lag 8

    延迟过高，也不写了。

• slave数量和延迟由slave发送REPLCONF ACK命令来确认。

1.5 主从复制的常见问题

1. 频繁的全量复制

一旦master重启，runid发生变化，会导致slave全部全量复制。

Redis内部优化方案：

• 会生成一个repl-id和offset。
• 在master关闭时进行RDB持久化，将repl-id和offset保存进RDB文件。
• 重启后将这两个东西恢复回来，使slave以为还是原来的master。

2. 断网后slave的offset 越界，触发全量复制。

• 最优的复制缓冲区空间

  • 测算master到slave的重连平均时长

  • 空间 = 2*second*master每秒钟产生写命令数据总量

3. slave收到了慢查询，比如keys *这种命令，导致slave无法响应master，master不停地尝试连接slave，占用了大量资源。

   • 合理地设置超时时间，将slave断开。
   • repl-timeout 60
   • 默认60秒

4. master的ping频率低，超时时间短，ping万一丢包了，master就会踢掉slave。

   • repl-ping-slave-period
   • 超时时间至少是ping频率的5-10倍。

5. 多个slave数据不同步，网络信息不同步，数据发送有延迟。

   • 优化主从机器的网络环境，尽量放在同一个机房。
   • 如果延迟非常大，建议暂时关闭slave的对外服务。
   • slave-serve-stale-data yes|no
   • 打开后slave仅响应info，slaveof等少数命令。
   • 慎用。

2. 哨兵模式

2.1 哨兵简介

如果master宕机，需要下线master，再选出来一个slave当做master，再通知所有slave。

哨兵是一个分布式系统，用于对主从结构的每台服务器进行监控，当出现问题时通过投票机制来选取新的master。

作用：

• 监控
• 通知
• 自动故障转移

哨兵一般是奇数，3个起。

哨兵也是Redis服务器，只不过不提供数据服务。

2.2 启用哨兵

• 配置文件

  sentinel.conf

  • port 26379
  • sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
    • mymaster是给master起的名字。
    • 2的意思是如果有两个哨兵觉得master宕机，那就真的宕机了。一般是所有哨兵的一半+1。
  • sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
    • 主机多少秒没联系就认为宕机
  • sentinel parallel-syncs mymaster 1
    • 挂了之后一次有多少台机器来和新master同步。
  • sentinel failover-timeout mymaster 180000
    • 同步时多久同步完成是有效的。默认180秒同步超时。

• 启动哨兵

  redis-sentinel sentinel_port.conf

• 启动顺序

  1. 启动master。
  2. 启动slave。
  3. 启动sentinel。

注意：

• 哨兵启动后，配置文件内会被追加一些自己id和其他哨兵ID和slave的信息。
• 每个哨兵启动后都能互相被其他已经启动的哨兵识别到。

2.3 哨兵工作原理

2.3.1 监控阶段

用于同步各个节点的状态信息。

1. 获取各个sentinel的信息。
2. 获取master的信息。
   • master属性：
     • runid
     • role
   • 各个slave的信息
3. 获取所有的slave状态。
   • slave属性
     • runid
     • role
     • port
     • offset等等。

2.3.2 通知阶段

2.3.3 故障转移阶段

• 如果一个哨兵发现master联不通，就会将其标记为sdown。

• 其他哨兵收到第一个哨兵的通知后，也会去访问master，如果超过配置文件中那个数量的哨兵都确认master宕机，就会将其标记为odown。

• 哨兵们会选举出来一个带头人，内部会有一个投票机制，选定一个哨兵去处理故障转移。

• 选master原则：

  1. slave在线。
  2. 响应慢的淘汰。
  3. 与master断开时间久的踢掉。
  4. 优先级。
     • 优先级
     • 偏移量（偏移量小的说明同步的快）
     • runid（选id小的）

• 现在就选到了新的master。向新的slave发送slaveof no one。

• 向其他的slave发送slaveof masterIP masterPort。

• 如果原来的master恢复上线后，作为slave连接。

3. 集群

将若干台机器连接在一起，统一对外服务。

3.1 集群结构设计

1. 数据存储设计

   先对Key进行计算CRC16(key)，再对16384取余，得到一个数字，然后存到对应的机器。这个数字，官方叫做槽。增删节点，就是移动槽的位置。

2. 集群内部通讯设计

   内部节点会互相通讯，了解每个节点有哪些槽。一次命中，直接返回。不命中就查表。所以最多两次就能找到槽。

3.2 集群搭建

配置文件里添加cluster相关配置。

• cluster-enabled yes|on
• cluster-config-file nodes-端口.conf
• cluster-node-timeout 超时下线时间

src文件夹有个命令 redis-trib.rb ，是个ruby脚本。

redis-trib.rb create --replicas 1 master1IP:Port master2IP:Port.....

- 1代表一个master拖一个slave。
- 后面的ip和端口，前面是master，后面是slave。

3.3 设置与获取数据

redis-cli -c 这是集群专用的客户端。一定要加上-c命令。

3.4 主从下线和主从切换

3.4.1 slave下线

slave对应的master会将slave标记为下线。同时将slave下线的消息发送给集群其他的节点。

slave再次上线后，会与master建立同步，集群其他节点会清除slave的下线状态。

3.4.2 master下线

slave会重连10次，一秒连接一次。

slave会经历一串转变升级为master。

master再次上线后，就会变成slave，去找刚才升级为master的slave同步信息。