Redis主从复制、哨兵模式、集群的概述与搭建
文章目录
- 1 Redis 主从复制
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- 1.1 Redis 主从复制的作用
- 1.2 Redis 主从复制的流程
- 2 Redis主从复制的搭建
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- 2.1 环境配置/安装包
- 1.2 安装 Redis（所有主机）
- 1.3 修改 Master 节点 Redis 配置文件（192.168.16.16）
- 1.4 修改 Slave 节点 Redis 配置文件（192.168.16.18）、（192.168.16.20）
- 1.5 验证主从效果
- 3 Redis 哨兵模式
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- 3.1 哨兵模式的原理
- 3.2 哨兵模式的作用
- 3.3 哨兵模式的结构
- 4 哨兵模式的搭建
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- 4.1 环境配置
- 4.2 修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）
- 4.3 启动哨兵模式
- 4.4 查看哨兵信息
- 4.5 故障模拟
- 5 Redis 群集模式
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- 5.1 集群的作用
- 5.2 Redis 集群的数据分片
- 5.3 搭建 Redis 群集模式
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- 5.3.1 所有节点
- 5.3.2 Master1 节点(开启群集功能)
- 5.3.3 其余节点(开启群集功能)
- 5.3.4 启动 redis 节点
- 5.3.5 启动集群
- 5.3.6 测试群集
1 Redis 主从复制
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。
1.1 Redis 主从复制的作用
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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。
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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。
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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。
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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。
1.2 Redis 主从复制的流程
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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。
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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。
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后台进程完成缓存操作之后，Maste 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。
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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。
2 Redis主从复制的搭建
2.1 环境配置/安装包
redis-5.0.7.tar.gz
| 主机 | 操作系统 | IP地址 | 软件/ 安装包 / 工具 |
|---|---|---|---|
| Master | CentOS7 | 192.168.16.16 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1 | CentOS7 | 192.168.16.18 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2 | CentOS7 | 192.168.16.20 | redis-5.0.7.tar.gz |
1.2 安装 Redis（所有主机）
systemctl stop firewalld
setenforce 0
yum install -y gcc gcc-c++ make
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
回车四次，下一步需要手动输入
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
netstat -natp | grep 6379
1.3 修改 Master 节点 Redis 配置文件（192.168.16.16）
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，修改bind 项，0.0.0.0监听所有网段
生产环境建议绑定自己的IP地址
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
/etc/init.d/redis_6379 restart
1.4 修改 Slave 节点 Redis 配置文件（192.168.16.18）、（192.168.16.20）
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，修改bind 项，0.0.0.0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
replicaof 192.168.16.16 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
scp /etc/init.d/redis_6379 192.168.16.20:/etc/init.d/redis_6379
1.5 验证主从效果
#在Master节点上看日志
tail -f /var/log/redis_6379.log
Replica 192.168.16.18:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.16.20:6379 asks for synchronization
在Master节点上验证从节点
redis-cli
info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.16.18,port=6379,state=online,offset=1246,lag=0
slave1:ip=192.168.16.20,port=6379,state=online,offset=1246,lag=1
3 Redis 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，这需要人工干预，不仅费时费力而且还会造成一段时间内服务不可用。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
3.1 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。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。
3.2 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。
3.3 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。
故障转移机制：
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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秒会问主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做一次心踢检测。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。 -
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。
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由leader哨兵节点执行故障转移，过程如下：
- 将某一个从节点升级为新的主节点，让其它从节点指向新的主节点；
- 若原主节点恢复也变成从节点，并指向新的主节点；
- 通知客户端主节点已经更换。
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 哨兵模式的搭建
4.1 环境配置
基于主从复制已搭建完成
| 主机 | 操作系统 | IP地址 | 软件/ 安装包 / 工具 |
|---|---|---|---|
| Master | CentOS7 | 192.168.16.16 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1 | CentOS7 | 192.168.16.18 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2 | CentOS7 | 192.168.16.20 | redis-5.0.7.tar.gz |
4.2 修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）
systemctl stop firewalld
setenforce 0
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 192.168.16.16 6379 2 #84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.16.16:6379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）
4.3 启动哨兵模式
先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
注意！先启动主服务器，再启动从服务器
4.4 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=192.168.16.16:6379,slaves=2,sentinels=3
4.5 故障模拟
查看redis-server进程号
ps aux | grep redis
root 57394 0.0 0.1 165620 2660 ? Ssl 15:12 0:04 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root 58234 0.1 0.1 153844 2720 ? Ssl 16:34 0:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root 58247 0.0 0.0 112676 980 pts/4 R+ 16:34 0:00 grep --color=auto redis
[1]+ 完成 redis-sentinel sentinel.conf
#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 进程号 #Master节点上redis-server的进程号
5 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：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。
5.1 集群的作用
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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。
5.2 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
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
5.3 搭建 Redis 群集模式
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 6 台服务器上模拟：
以 IP 及端口号进行区分：3 个主节点端口号：6001、6002、6003，对应的从节点端口号：6004、6005、6006。
六台服务器都需要安装 redis 数据库
| 主机 | 操作系统 | IP：端口 | 软件/安装包/工具 |
|---|---|---|---|
| Master1 | CentOS7 | 192.168.16.16:6001 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1 | CentOS7 | 192.168.16.18:6002 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Maste2 | CentOS7 | 192.168.16.20:6003 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2 | CentOS7 | 192.168.16.22:6004 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Master3 | CentOS7 | 192.168.16.24:6005 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave3 | CentOS7 | 192.168.16.26:6006 | redis-5.0.7.tar.gz |
5.3.1 所有节点
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis6379
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
5.3.2 Master1 节点(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。
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
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，无需修改
cluster-node-timeout 15000 #846行，取消注释群集超时时间设置
appendonly yes #700行，修改，开启AOF持久化
集群总线
每个Redis集群中的节点都需要打开两个TCP连接。一个连接用于正常的给Client提供服务，比如6379，还有一个额外的端口（通过在这个端口号上加10000）作为数据端口，例如：redis的端口为6379，那么外一个需要开通的端口是：6379 + 10000，即需要开启16379。16379端口用于集群总线，这是一个用二进制协议的点对点通信信道。这个集群总线（Cluster bus）用于节点的失败侦测、配置更新、故障转移授权，等等。
5.3.3 其余节点(开启群集功能)
cd /opt
vim conf.sh
#!/bin/bash
for i in {2..6}
do
\cp -f etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
done
sh conf.sh
#Master2
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6002
vim redis.conf
port 6002 #92行，修改，redis监听端口，
cluster-config-file nodes-6002.conf #840行，取消注释，群集名称文件设置，无需修改
#Master3
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6003
vim redis.conf
port 6003 #92行，修改，redis监听端口，
cluster-config-file nodes-6003.conf #840行，取消注释，群集名称文件设置，无需修改
#Master4
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6004
vim redis.conf
port 6004 #92行，修改，redis监听端口，
cluster-config-file nodes-6004.conf #840行，取消注释，群集名称文件设置，无需修改
#Master5
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6005
vim redis.conf
port 6005 #92行，修改，redis监听端口，
cluster-config-file nodes-6005.conf #840行，取消注释，群集名称文件设置，无需修改
#Master6
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6006
vim redis.conf
port 6006 #92行，修改，redis监听端口，
cluster-config-file nodes-6006.conf #840行，取消注释，群集名称文件设置，无需修改
5.3.4 启动 redis 节点
分别进入那六个文件夹，执行命令：redis-server redis.conf，来启动redis节点
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
./redis-server redis.conf
done
ps -ef | grep redis
5.3.5 启动集群
redis-cli --cluster create 192.168.16.16:6001 192.168.16.18:6002 192.168.16.20:6003 192.168.16.22:6004 192.168.16.24:6005 192.168.16.26:6006
--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1个从节点。
5.3.6 测试群集
redis-cli -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 sky blue #创建键sky值blue
cluster keyslot sky #查看name键的槽编号