Redis的主从复制、哨兵模式以及群集模式（相关概念及实验详解）
目录
- 前言
- 一.Redis主从复制
-
- 1.Redis主从复制概述
- 2.Redis主从复制作用
- 3.Redis主从复制流程
- 4.搭建Redis主从复制
-
- ①环境准备
- ②安装Redis
- ③修改Redis配置文件(Master节点操作)
- ④修改Redis 配置文件(Slave节点操作)
- ⑤验证主从效果
- ⑥在Master节点上验证Slave节点
- 二.Redis哨兵模式
-
- 1.哨兵模式原理
- 2.哨兵模式的作用
- 3.哨兵模式的结构
- 4.搭建Redis哨兵模式
-
- ①环境准备
- ②修改Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)
- ③启动哨兵模式
- ④故障模拟
- ⑤验证结果
- 三.Redis群集模式
-
- 1.集群的作用
- 2.Redis集群的数据分片
- 3.Redis集群的主从复制模型
- 4.搭建Redis 群集模式
-
- ①环境准备
- ②开启群集功能
- ③启动redis节点
- ④启动群集
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: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。
一.Redis主从复制
1.Redis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。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.Redis主从复制作用
●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，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。
3.Redis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。
●④Master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。
4.搭建Redis主从复制
①环境准备
| 主机 | 系统 | IP地址 | 安装包 |
|---|---|---|---|
| Master 节点 | CentOS 7 | 192.168.110.10 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1 节点 | CentOS 7 | 192.168.110.20 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2 节点 | CentOS 7 | 192.168.110.60 | redis-5.0.7.tar.gz |
systemctl stop firewalld
setenforce 0
②安装Redis
一键部署Redis脚本
③修改Redis配置文件(Master节点操作)
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_6379.1og #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
/etc/init.d/redis_6379 restart
④修改Redis 配置文件(Slave节点操作)
两台Slave节点配置相同
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/1og/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 192.168.110.10 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
#修改完成后将Slave1的Redis配置文件复制到Slave2覆盖原有的Redis配置文件
scp /etc/redis/6379.conf root@192.168.110.60:/etc/redis/6379.conf
#复制完成后启动两台从服务器
/etc/init.d/redis_6379 restart
⑤验证主从效果
在Master节点上看日志:
tail -f /var/1og/redis_6379.log
Replica 192.168.110.20:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.110.60:6379 asks for synchronization
⑥在Master节点上验证Slave节点
redis-cli info replication
二.Redis哨兵模式
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.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。
需要特别注意的是，客观下线是主节点才有的概念;如果从节点和哨兵节点发生故障，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。
4.搭建Redis哨兵模式
①环境准备
| 主机 | 系统 | IP地址 | 安装软件 |
|---|---|---|---|
| Master节点 | CentOS 7 | 192.168.110.10 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1节点 | CentOS 7 | 192.168.110.20 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2节点 | CentOS 7 | 192.168.110.60 | redis-5.0.7.tar.gz |
systemctl stop firewalld
setenforce 0
②修改Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)
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 192.168.110.10 6379 2 #84行， 修改指定该哨兵节点监控192.168. 110.10:6379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)
#将配置文件复制到另外两台Slave节点中
scp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf root@192.168.110.20:/opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
scp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf root@192.168.110.60:/opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
③启动哨兵模式
先启master,再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
④故障模拟
ps aux | grep redis
kill -9 47775 #Master节点上redis-server的进程号
⑤验证结果
#原主节点查看日志
tail -f /var/log/sentinel.log
redis-cli -p 26379 info Sentinel
三.Redis群集模式
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: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
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;另一方而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。
4.搭建Redis 群集模式
redis的集群一般需要6个节点，3主3从。为方便起见，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：6000/6001/6002， 对应的从节点端口号：6003/6004/6005。
①环境准备
一台安装好redis的虚拟机
一键部署Redis脚本
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{0..5}
for w in {0..5}
do
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$w
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$w
done
②开启群集功能
其他5个文件夹的配置文件以此类推修改，注意6个端口都要不一样。
vim /etc/redis/redis-cluster/redis6000/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 6000 #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 #700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-6379.conf #840行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-timeout 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/redis6000
redis-server redis.conf
(或使用for循环来启动）
for i in {0..5}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
redis-server redis.conf
done
ps -ef | grep redis
④启动群集
redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6000 127.0.0.1:6001 127.0.0.1:6002 127.0.0.1:6002 127.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.1:6005 --cluster-replicas 1
redis-cli -p 6000 -c #加-c参数，节点之间就可以互相跳转
cluster slots #查看节点的哈希槽编号范围
redis-cli -h 192.168.121.22 -p 6001 -c #加-c参数，节点之间就可以互相跳转
cluster slots #查看节点的哈希槽编号范围
set city gansu
get city
cluster keyslot city #查看键的槽编号
