Redis 大型攻略之主从复制、哨兵模式、群集模式（理论详解+搭建步骤）

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前言

主从复制：

• 主从复制是高可用 Redis 的基础，哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的
• 主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复
• 缺陷是故障恢复无法自动化，写操作无法负载均衡，且存储能力受到单机的限制

哨兵：

• 在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复
• 缺陷是写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制
• 且哨兵无法对从节点进行自动故障转移，在读写分离场景下，从节点故障会导致读服务不可用，需要对从节点做额外的监控、切换操作

集群：

• 通过集群，Redis 解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题
• 实现了较为完善的高可用方案

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一、Redis 主从复制

1.概述

• 主从复制，是指将一台 Redis 服务器的数据，复制到其他的 Redis 服务器，前者称为主节点(Master)，后者称为从节点(Slave)
• 数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点
• 默认情况下，每台 Redis 服务器都是主节点，且一个主节点可以有多个从节点(或没有从节点)，但一个从节点只能有一个主节点

2.作用

数据冗余：

• 主从复制实现了数据的热备份
• 是持久化之外的种数据冗余方式

故障恢复：

• 当主节点出现问题时，可以由从节点提供服务，实现快速的故障恢复
• 实际上是一种服务的冗余

负载均衡：

• 在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务(即写 Redis 数据时应用连接主节点，实 Redis 数据时应用连接从节点)，分担服务器负载
• 尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高 Redis 服务
  器的并发量

高可用基石：

• 除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础
• 因此说主从复制是 Redis 高可用的基础

3.流程

1. 若启动一个 Slave 机器进程，则它会向 Master 机器发送一个"sync command"命令，请求同步连接
2. 无论是第一次连接还是重新连接，Master 机器都会启动一个后台进程，将数据快照保存到数据文件中(执行 RDB 操作)，同时 Master 还会记录修改数据的所有命令并缓存在数据文件中
3. 后台进程完成缓存操作之后，Master 机器就会向 Slave 机器发送数据文件，Slave 端机器将数据文件保存到硬盘上，然后将其加载到内存中，接着 Master 机器就会将修改数据的所有操作一并发送给Slave端机器；若 Slave 出现故障导致宕机，则恢复正常后会自动重新连接
4. Master 机器收到 Slave 端机器的连接后，将其完整的数据文件发送给 Slave 端机器，如果 Mater 同时收到多个 Slave 发来的同步请求，则 Master 会在后台启动一个进程以保存数据文件，然后将其发送给所有的 Slave 端机器，确保所有的 Slave 端机器都正常
   

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三、搭建 Redis 主从复制

主机	主机名	操作系统	IP 地址	主要软件
Master	CentOS 7-1	CentOS 7	192.168.126.11	squid-3.5.28.tar.gz
Slave1	CentOS 7-2	CentOS 7	192.168.126.12	squid-3.5.28.tar.gz
Slave2	CentOS 7-3	CentOS 7	192.168.126.13	squid-3.5.28.tar.gz

1.安装 Redis

• 三台主机都需安装 Redis
• 下载软件包传送门：redis-5.0.7.tar.gz（提取码：qwer）

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

yum -y install gcc gcc-c++ make

cd /opt
#将软件包传至该目录下
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/

cd redis-5.0.7/
make -j 4 && make PREFIX=/usr/local/redis install

cd /opt/redis-5.0.7/utils/
./install_server.sh
#回车，直到出现以下选项，手动修改为“/usr/local/redis/bin/redis-server”
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server

ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

netstat -natp | grep "redis"
#当 install_server.sh 脚本运行完毕，Redis 服务就已经启动，默认侦听端口为 6379

2.修改 Redis 配置文件

Master：

vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0                        #70行，注释掉 bind 项，默认监听所有网卡
daemonize yes                       #137行，开启守护进程
logfile /var/1og/redis_ 6379.1og    #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379             #264行，指定工作目录
appendonly yes                      #700行，开启 AOF 持久化功能

Slave：

vim /etc/redis/6379. conf
bind 0.0.0.0                        #70行，修改监听地址为 0.0.0.0
daemonize yes                       #137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_ 6379. log   #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379             #264行，指定工作目录
replicaof 192.168.126.11 6379       #288行，指定要同步的 Master 节点 IP 和端口
appendonly yes                      #700行，开启 AOF 持久化功能


/etc/init.d/redis_6379 restart
#重启服务使配置生效

3.验证主从效果

在 Master 上看日志：

tail -f /var/log/redis_6379.log

在 Master 上验证从节点：

redis-cli info replication

• 且在此时，只能在 Master

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三、Redis 哨兵模式

哨兵的核心功能就是在主从复制的基础上，哨兵引入了主节点的自动故障转移

1.原理及作用

哨兵模式的原理：

• 哨兵（Sentinel）是一个分布式系统，用于对主从结构中的每台服务器进行监控，当出现故障时通过投票机制选择新的 Master 并将所有 slave 连接到新的 Master
• 整个运行哨兵的集群的数量不得少于 3 个节点

哨兵模式的作用：

• 监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常
• 自动故障转移：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其他从节点改为复制新的主节点
• 通知（提醒）：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端

2.结构组成

哨兵结构由两部分组成，哨兵节点和数据节点：

• 哨兵节点：哨兵系统由一个或多个哨兵节点组成，哨兵节点是特殊的 redis 节点，不存储数据
• 数据节点：主节点和从节点都是数据节点
  

3.工作过程

• 哨兵的启动依赖于主从模式，所以须把主从模式安装好的情况下再去做哨兵模式，所有节点上都需要部署哨兵模式，哨兵模式会监控所有的 Redis 工作节点是否正常
• 当 Master 出现问题的时候，因为其他节点与主节点失去联系，因此会投票，投票过半就认为这个 Master 的确出现问题，然后会通知哨兵间会推选出一个哨兵来进行故障转移工作（由该哨兵来指定哪个 slave 来做新的 master），然后从 Slaves 中选取一个作为新的 Master
• 筛选方式是哨兵互相发送消息，并且参与投票，票多者当选
  
• 需要特别注意的是，客观下线是主节点才有的概念，即如果从节点和哨兵节点发生故障，被哨兵主观下线后，将不会再有后续的客观下线和故障转移操作（及哨兵模式只负责 Master 的方面，而不管 Slaves）
  • 当某个哨兵发现主服务器挂掉了，会将 master 中的 SentinelRedistance 中的 master 改为SRI_S_DOWN（主观下线），并通知其他哨兵，告诉他们发现 master 挂掉了
  • 其他哨兵在接收到该哨兵发送的信息后，也会尝试去连接 master，如果超过半数（配置文件中设置的）确认 master 挂掉后，会将 master 中的 SentinelRedistance 中的 master 改为 SRI_O_DOWN（客观下线）
    

4.搭建 Redis 哨兵模式

4.1 修改 Redis 哨兵模式的配置文件

vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf

protected- mode no                              #17行，关闭保护模式
port 26379                                      #21行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes                                   #26行，指定sentinel为后台启动
logfile "/var/log/sentinel.log"                 #36行，指定日志存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"                       #65行，指定数据库存放路径

sentinel monitor mymaster 192.168.126.11 6379 2
#84行，修改，指定该哨兵节点监控 192.168.126.11:6379 这个主节点，该主节点的名称是 mymaster
#最后的 2 的含义与主节点的故障判定有关：至少需要 2 个哨兵节点同意，才能判定主节点故障并进行故障转移

sentinel down-after -milliseconds mymaster 30000#113行，判定服务器 down 掉的时间周期，默认 30000毫秒 (30秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000       #146行，故障节点的最大超时时间为 180000 (180秒)

4.2 启动哨兵模式

先启动 Master，再启动 Slave

cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

4.3 查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

4.4 模拟故障

ps -ef | grep "redis"
#查看 redis-server 的进程号

kill -9 [进程号]
#杀死 Master 节点上的 redis-server 的进程号

4.5 验证结果

tail /var/log/sentinel.log

redis-cli -p 26379 info Sentinel

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四、Redis 群集模式

1.概述

• 集群，即 Redis Cluster, 是 Redis 3.0 开始引入的分布式存储方案
• 集群由多个节点（Node）组成，Redis 的数据分布在这些节点中。
• 集群中的节点分为主节点和从节点：只有主节点负责读写请求和集群信息的维护，从节点只进行主节点数据和状态信息的复制

2.作用

2.1 数据分区

• 数据分区（或称数据分片）是集群最核心的功能
• 集群将数据分散到多个节点，一方面突破了 Redis 单机内存大小的限制，存储容量大大增加，另一方面每个主节点都可以对外提供读服务和写服务，大大提高了集群的响应能力
• Redis 单机内存大小受限问题，在介绍持久化和主从复制时都有提及
• 例如，如果单机内存太大，bgsave 和 bgrewriteaof 的 fork 操作可能导致主进程阻塞，主从环境下主机切换时可能导致从节点长时间无法提供服务，全量复制阶段主节点的复制缓冲区可能溢出

2.2 高可用

• 集群支持主从复制和主节点的自动故障转移（与哨兵类似），当任意节点发送故障时，集群仍然可以对外提供服务

2.2.1 Redis 集群的数据分片

• Redis 集群引入了哈希槽的概念，有 16384 个哈希槽（编号 0~16383）
• 集群的每个节点负责一部分哈希槽，每个 Key 通过 CRC16 校验后对 16384 取余来决定放置哪个哈希槽，通过这个值，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作
• 以 3 个节点组成的集群为例：
  • 节点 A 包含 0~5469 号的哈希槽
  • 节点 B 包含 5461~10922 号的哈希槽
  • 节点 C 包含 10923~16383 号的哈希槽

2.2.2 Redis 集群的主从复制模型

• 集群中具有 A、B、C 三个节点，如果节点 B 失败了，整个集群就会因为缺少 5461~10922 这个范围的槽而不可用
• 为每个节点添加一个从节点（a、b、c），即整个集群便有了三个 Master 节点和三个 slave 节点，在节点 B 失败后，集群选举 b 为主节点继续服务，当 B 和 b 都失败后，整个集群将不可用

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五、搭建 Redis 群集模式

1.准备

• redis 的集群一般需要 6 个节点（3 主 3 从）
• 方便起见，这里所有节点在同一台服务器上模拟，以端口号进行区分：3 个主节点端口号为 6001/6002/6003，对应的从节点端口号为 6004/6005/6006

cd /etc/redis/
mkdir -P redis-cluster/redis600{
     1..6)
#

for i in {
     1..6}
do
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
done

ls -R

2开启群集功能

#其他五个文件夹的配置文件以此类推修改，注意六个端口都不一样

cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001

vim redis. conf
#bind 127.0.0.1                             #69行，注释掉 bind 项，默认监听所有网卡
protected-mode no                           #88行，修改，关闭保护模式
port 6001                                   #92行，修改，redis 监听端口，
daemonize yes                               #136行，开启守护进程，以独立进程启动
appendonly yes                              #699行，修改，开启 AOF 持久化
cluster-enabled yes                         #832行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf         #840行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-t imeout 15000                 #846行，取消注释群集超时时间设置

3.启动 redis 节点

#分别进入那六个文件夹，执行命令"redis-server redis.conf"来启动 redis 节点

cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf

for i in {
     1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
redis-server redis.conf
done

ps -ef | grep "redis"

4.启动集群

redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6001 127.0.0.1:6002 127.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.1:6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1

#六个实例分为三组，每组一主一从，前面的做主节点，后面的做从节点
#下面交互的时候需要输入 yes 才可以创建
#-replicas 1 表示每个主节点有一个从节点

5.测试集群

redis-cli -p 6001 -c
#加 -c 参数，节点之间就可以互相跳转

127.0.0.1:6001> CLUSTER SLOTS
#查看节点的哈希槽编号范围

127.0.0.1:6001> set name wanger
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002
OK
#新建一个键的值

127.0.0.1:6002> CLUSTER KEYSLOT name
(integer) 5798
#查看 name 键的槽编号

ctrl+c 
#退出

redis-cli -p 6001 -c
127.0.0.1:6001> KEYS *
(empty list or set)
127.0.0.1:6001> 

ctrl+c

redis-cli -p 6005 -c
127.0.0.1:6005> KEYS *
1) "name"

#可以发现，对应的 slave 节点也有这条数据，但是别的节点没有