如何解决Redis单点故障——Redis主从架构和哨兵模式

一、redis主从复制

1.什么是Redis主从复制

主从复制，是将一台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；

• 一个 主节点可以有多个从节点（或者没有从节点），但是一个从节点只能有一个主节点。

2.Redis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主从复制的流程

• 第一步：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。

• 第二步：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。

• 第三步：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。

• 第四步：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。

4、Redis主从复制的搭建

主机	操作系统	IP地址	安装包
Master	CentOS7	192.168.235.10	redis-5.0.7.tar.gz
Slave1	CentOS7	192.168.235.20	redis-5.0.7.tar.gz
Slave2	CentOS7	192.168.235.30	redis-5.0.7.tar.gz

（1）安装Redis （所有主机）

yum install -y gcc gcc-c++ make
cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz

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

cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
......
#回车四次后，手动输入，需要一次性输入正确
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server  	

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

（2）修改Master节点Redis配置文件

Master：192.168.235.10

vim /etc/redis/6379.conf
#70行，修改bind 项，0.0.0.0监听所有网段
bind 0.0.0.0
#137行，开启守护进程
daemonize yes
#172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行，指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#700行，开启AOF持久化功能
appendonly yes

/etc/init.d/redis_6379 restart

(3)修改Slave节点Redis配置文件

Slave：192.168.235.20

Slave：192.168.235.30

vim /etc/redis/6379.conf
#70行，修改bind 项，0.0.0.0监听所有网卡
bind 0.0.0.0
#137行，开启守护进程
daemonize yes
#172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行，指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#288行，添加要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.235.10 6379
#700行，开启AOF持久化功能
appendonly yes

/etc/init.d/redis_6379 restart

（4）验证主从

Master:192.168.235.10

在Master节点看日志

tail -f /var/log/redis_6379.log

在Master上验证从节点

redis-cli info replication

从服务器上也可验证

二、哨兵模式

功能：在主从复制的基础上，哨兵加入了主节点的自动故障转移

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。

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。

4.架构模式的搭建

环境配置

主机	操作系统	IP地址	安装包
Master	CentOS7	192.168.235.10	redis-5.0.7.tar.gz
Slave1	CentOS7	192.168.235.20	redis-5.0.7.tar.gz
Slave2	CentOS7	192.168.235.30	redis-5.0.7.tar.gz

（1）修改Redis配置文件（所有节点操作）

vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
#17行，关闭保护模式
protected-mode no
#21行，Redis哨兵默认的监听端口
port 26379
#26行，指定sentinel为后台启动
daemonize yes
#36行，指定日志存放路径
logfile "/var/log/sentinel.log"
#65行，指定数据库存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"
#84行，指定该哨兵节点监控192.168.163.10:6379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 monitor mymaster 192.168.163.10 6379 2
#113行，判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒（30秒）
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
#146行，故障节点的最大超时时间为180000（180秒）
sentinel failover-timeout mymaster 180000

（2）启动哨兵模式

先启动master，在启动slave

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

（3）查看哨兵模式信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

（4）故障模拟

#查看redis-server进程号
ps aux | grep redis
root    46451  0.1  0.4 156404  7776 ?    Ssl  09:17   0:04 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root    46884  0.2  0.4 153844  7744 ?    Ssl  09:54   0:01 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root    46999  0.0  0.0 112676  984 pts/2   R+   10:04   0:00 grep --color=auto redis


#杀死 Master 节点上redis-server的进程号，模拟故障
kill -9 46451		#Master节点上redis-server的进程号

（5）验证结果
主Master

tail -f /var/log/sentinel.log
#-------日志信息------------


redis-cli -p 26379 INFO Sentinel
# 查看哨兵模式信息  地址会变

三、Redis集群模式

1、redis群集的概念

• 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、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）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。

3.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

4.搭建Redis集群模式

redis的集群一般需要6个节点，3主3从。
先在六台服务器上安装redis数据库

主机	操作系统	IP：端口	安装包
Master1	CentOS7	192.168.235.10:6371	redis-5.0.7.tar.gz
Master2	CentOS7	192.168.235.20:6371	redis-5.0.7.tar.gz
Master3	CentOS7	192.168.235.30:6371	redis-5.0.7.tar.gz
Slave1	CentOS7	192.168.235.40:6371	redis-5.0.7.tar.gz
Slave2	CentOS7	192.168.235.50:6371	redis-5.0.7.tar.gz
Slave3	CentOS7	192.168.235.60:6371	redis-5.0.7.tar.gz

这里使用不同的节点只是想说redis集群模式可以指定端口，不是只能使用6379端口，如果不想改的话也可以全都使用一个端口，这样创建目录和修改配置的时候更方便，所有节点除了监听的ip不一样以外没什么不同。

（1）创建并复制相关文件
所有节点rticle/details/114292302

（2）修改配置文件，开启群集功能

所有节点
先设置一个节点

cd /etc/redis/redis-cluster/redis6371
vim redis.conf
#69行，修改bind项，监听自己的IP
bind 192.168.235.10
#88行，修改，关闭保护模式
protected-mode no
#92行，修改，redis监听端口
port 6371
#136行，以独立进程启动
daemonize yes
#699行，修改，开启AOF持久化
appendonly yes
#832行，取消注释，开启群集功能
cluster-enabled yes
#840行，取消注释，修改，群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6371.conf
#846行，取消注释，群集超时时间设置
cluster-node-timeout 15000

在这个节点上配置好的文件复制过去

scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis6372/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis6373/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis6374/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis6375/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis6376/redis.conf

其他服务器上

cd /etc/redis/redis-cluster/redis6372
vim redis.conf
#69行，修改bind项，监听自己的IP
bind 192.168.163.12
#92行，修改，redis监听端口
port 6372
#840行，取消注释，修改，群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6372.conf

（3）启动redis节点

所有节点启动

#每台服务器进入对应的文件中，执行命令
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6371/
redis-server redis.conf #启动服务

ps -ef |  grep redis #查看服务是否启动成功

（4）启动集群

redis-cli --cluster create 192.168.235.10:6371 
192.168.235.20:6372 
192.168.235.30:6373 
192.168.235.40:6374
192.168.235.50:6375 192.168.235.60:6376 --cluster-replicas 1

#启动集群 前三台是主后面是从
#下面是主从对应关系

（5）测试集群

redis-cli -h 192.168.235.10 -p 6371 -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 test lisi  #设置一个test键
cluster keyslot test	#查看name键的槽编号

get test #获取test的值

quit
redis-cli -h 192.168.235.50 -p 6375 -c #推出，登录到15数据库上
key * #没有数据
get test #获取test键值，跳转到20数据库上，获取到值