Redis(主从复制、哨兵模式、集群）概述及部署

Redis(主从复制、哨兵模式、集群)概述及部署

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster

主从复制：主从复制是高可以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：故障恢复无法自动化：写操作无法负载均衡：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：写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制；哨兵无法对从节点自动故障转移，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

一、Redis主从复制

1.主从复制概述

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，数据的复制是单向的，且一个主节点可以有多个从节点（或是没有从节点），但一个从节点只能有一个主节点

主从复制的作用：

• **数据冗余：**主从复制实现了数据的热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式
• **故障恢复：**当主节点出现问题时，可以由节点提供服务，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，读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

2.主从复制流程：

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机器就会像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机器受到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Master同时收到多个Slave发来的同步请求，则Master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

二、主从复制搭建

环境准备：
Master节点：192.168.50.108
Slave1节点：192.168.50.128
Slave2节点：192.168.50.198

1.修改master主配置文件

#修改master主配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0         			   #70行，注释掉bind项，或修改为0.0.0.0,默认监听所有网卡
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
appendonly yes       			   #700行，开启AOF持久化功能

（2）#重启redis
/etc/init.d/redis_6379 restart

2.修改Slave节点配置文件

（1）#修改slave1节点、slave2节点配置文件，slave1和slave2修改步骤相同
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 192.168.80.10 6379         #287行，取消注释并指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes       				 #700行，开启AOF持久化功能

（2）#重启slave1节点和slave2节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart

3.验证主从效果

#在Master节点上看日志:
tail -f /var/log/redis_6379.log

#在Master节点上验证从节点:
redis-cli
127.0.0.1:6379> info replication

#创建数据验证
##在master创建数据
set name yxp

##在从节点上查看
get name

master节点上验证

创建数据验证

三、哨兵模式

主从切换技术的方法是：当服务器宕机后，需要手动一台从机切换为主机，这当中需要人工进行干预，不仅费时费力还会造成一段时间内服务器不可用，为了解决主从复制的缺点，就有了哨兵机制

**哨兵的核心功能：**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.哨兵模式原理

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，所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点

2.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

3.故障转移机制

1.由哨兵节点定期监控发现主节点是否出现了故障

每个哨兵节点每隔1秒会向主节点、从节点及其他哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测，如果主节点在一定时间范围内不回复或者是回复一个错误消息，那么这个哨兵就会认为这个主节点主观下线了（单方面的），当超过半数哨兵节点认为该主节点主观下线了，这样就客观下线了

2、当主节点出现故障，此时哨兵节点会通过Raft算法（选举算法）实现选举机制共同选举出一个哨兵节点为leader，来负责处理主节点的故障转移和通知，所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点

3、由leader哨兵节点执行故障转移，

①将某一个节点升级为新的主节点，让其他从节点指向新的主节点

②若某主节点恢复也变成从节点，并指向新的主节点

③通知客户端主节点已经更换

客观下线时主节点才有的概念，如果主节点和哨兵节点发送故障，被哨兵主观下线后，不会再有后续的客观下线和故障转移操作

主节点选举

①过滤掉不健康的（已下线的），没有恢复哨兵ping响应的从节点

②选择配置文件中从节点优先级配置最高的，( replica-priority， 默认值为100)

③选择复制偏移量最大，也就是复制最完整的从节点

哨兵的启动依赖于主从模式，所以必须在主从的基础上再去做哨兵模式

4.哨兵模式的结构

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

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，然后从 Slaves 中选取一个作为新的 Master。

四、哨兵模式配置

环境准备

Master：192.168.50.108		redis-5.0.7.tar. gz
Slave1：192.168.50.128		redis-5.0.7.tar. gz
Slave2：192.168.50.198		redis-5.0.7.tar. gz

1.修改Redis配置文件(所有节点操作)

#所有节点配置一样，如下所示
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
 17 protected-mode no      #关闭保护模式
 21 port 26379             #Redis哨兵默认的监听端口
 26 daemonize yes		   #指定sentinel为后台启动
 36 logfile "/var/log/sentinel.log"  #指定日志存放路径
 65 dir "/var/lib/redis/6379"        #指定数据库存放路径
 84 sentinel monitor mymaster 192.168.50.108 6379 2  #指定该哨兵节点监控192.168.48.11:6379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
113 sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000  #判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒(30秒)
146 sentinel failover-timeout mymaster 180000        #146行，故障节点的最大超时时间为180000 (180秒 )
#保存配置文件

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 &

3.查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.50.108:6379,slaves=2,sentinels=3
[1]+  完成                  redis-sentinel sentinel.conf

4.故障模拟测试

查看并杀死maste节点的redis-server

查看并杀死master节点的redis-server
#在Master 上查看redis-server进程号:
ps -ef | grep redis

#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 84176    #Master节点上redis-server的进程号

tail -f /var/log/sentinel.log

再次查看哨兵信息，自动跳转到192.168.50.198

**小结：**哨兵模式基于主从复制，但主从复制在单点故障后无法自动恢复，导致服务无法实现高可用性；哨兵模式基于主从复制基础之上，添加哨兵节点检测，当master宕机后，哨兵节点会通过投票选举方式，选举出新的master服务，保证服务的高可用性。

五、群集模式

集群，即Redis Cluster，是Redis3.0开始引入的分布式存储方案，集群有多个节点(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

1.集群的作用

**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

**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）：当任一节点发生故障时，集群仍然可以对外提供服务。

2.Redis集群的数据分片

Redis集群引入了哈希槽的概念；Redis集群有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到5460号哈希槽 节点B包含5461到10922号哈希槽 节点C包含10923到16383号哈希槽

3.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，整个集群就会因缺少5461-10922这个范围的槽而不可以用。 为每个节点添加一个从节点A1、B1、C1整个集群便有三个Master节点和三个slave节点组成，在节点B失败后，集群选举B1位为的主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用

六、Redis集群部署

Redis集群一般需要6个节点，3主3从。
本文使用一个服务器，模拟三主三从

1.Redis集群部署

cd /etc/redis/
mkdir -p /etc/redis/redis-cluster/redis600{1..6}
cd redis-cluster/redis6001
#复制配置文件及程序到目录中
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf ./
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli ./
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-server ./

2.开启集群功能

[root@localhost redis6001]# vim redis.conf 
  69 #bind 127.0.0.1      #将其注释，即监听所有端口
  88 protected-mode no    #关闭保护模式
  92 port 6001            #为了区分，将端口更改，6个不能相同
  136 daemonize yes		  #开启守护进程
  699 appendonly yes	  #开启AOF持久化
  832 cluster-enabled yes #开启集群功能
  840 cluster-config-file nodes-6001.conf  #群集名称文件设置
  846 cluster-node-timeout 15000  #群集超时时间设置

3.将配置文件复制到其余目录中

for i in {2..6};do
> cp ./* /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
> done

4.修改所有集群服务的配置文件端口，使其不一致

 for n in {2..6};do
> sed -i '92s/6001/600'$n'/' /etc/redis/redis-cluster/redis600$n/redis.conf
> sed -i '840s/6001/600'$n'/' /etc/redis/redis-cluster/redis600$n/redis.conf
> done

5.启动redis节点

#分别进入6个节点，进行服务启动redis-server redis.conf
for m in {1..6};do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$m/
> redis-server redis.conf
> done

6.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
# -replicas 1   表示每个主节点有1个从节点
#若使用6台服务器，此处节点ip请换为自己真实ip即端口号

7.集群测试

redis-cli -p 6001 -c
#-c 参数，节点之间可以相互跳转
cluster slots  
#查看节点的哈希槽编号范围
cluster keyslot 键名
#查看键的哈希槽编号

总结

Redis高可用有四种实现方法：持久化、主从复制、哨兵模式、集群模式持久化适用于单台服务器，主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘,保证数据不会因进程退出而丢失。其是最简单的一种高可用方式主从复制适用于数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。哨兵模式基于主从复制，部署哨兵模式必须先部署主从复制，其在主从复制基础上提供了自动化的故障恢复。但是其写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制。Redis集群提供了分布式存储方案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，其集群最低需要6个节点，三主三从，实现Redis高可用