NoSQL之Redis：高可用（主从复制、哨兵、集群）搭建

目录

引言

一、Redis有哪些高可用技术

1、主从复制

2、哨兵

3、集群（cluster-推荐6台）

二、Redis的主从复制

1、Redis主从复制的概念

2、Redis主从复制的作用

3、主从复制流程

​编辑

4、Redis主从复制的搭建

4.1 环境准备

4.2 安装Redis（所有主机）

4.3 修改Master节点

4.4 修改slave节点Redis配置文件（slave1和slave2配置相同）

4.5 验证主从效果

三、哨兵模式

1、哨兵模式的原理

2、哨兵模式的作用

3、哨兵模式的结构

4、故障转移机制

5、主节点选举

6、哨兵模式的部署

6.1 修改Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)

6.2 启动哨兵模式

6.3 查看哨兵信息

6.4 故障模拟

6.5 恢复过程

6.6 小结

四、Redis集群模式

1、什么是Redis集群模式

2、集群的作用

3、集群模式的数据分片

4、集群模式的主从复制模型

5、 Redis集群模式部署

5.1 服务器上部署好redis服务

5.2 集群部署

5.3 配置集群功能配置文件

5.4 启动redis节点

5.5 启动集群

5.6 集群测试

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引言

在MySQL数据库中为保证数据的高可用性，其有主从复制与MHA实现高可用。

那么Redis如何实现高可用呢？

本文将介绍Redis高可用实现的几种方式与服务搭建

一、Redis有哪些高可用技术

在Redis中，实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和集群。

1、主从复制

主从复制时高可用Redis的基础，哨兵和cluster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级备份，以及对与读操作的负载均衡和简单的故障恢复。

缺陷：①故障恢复无法自动化，②写操作无法负载均衡，③存储能力受到单机的限制

2、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：①写操作无法负载均衡，②存储能力受到单机的限制

3、集群（cluster-推荐6台）

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的方案。

二、Redis的主从复制

1、Redis主从复制的概念

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），但一个从节点只能由一个主节点。

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，看看遗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，尤其是字写少读多的场景下，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
• 高可用基础：除了上述作用外，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、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，请求同步链接
2. 无论时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（RDB）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缓存在数据文件中。
3. 后台进程完成缓存操作之后，Master及其就会向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机器就会修改数据的所有操作一并发给Slave端机器。若Slave出现故障导致宕机，则恢复正常后自动重新连接。
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。

4、Redis主从复制的搭建

4.1 环境准备

master节点：192.168.62.50

slave1节点：192.168.62.60

slave2节点：192.168.62.70

4.2 安装Redis（所有主机）

一键部署脚本

#!/bin/bash

#关闭防火墙
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

#安装环境
yum -y install gcc gcc-c++ make

#解压
cd /opt
tar -zxvf redis-5.0.7.tar.gz

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

#安装redis服务
cd /opt/redis-5.0.7/utils

yum -y install expect
/usr/bin/expect <

4.3 修改Master节点

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
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

三台服务器都需要安装redis

4.4 修改slave节点Redis配置文件（slave1和slave2配置相同）

vim /etc/redis/6379.conf    #配置文件位置
70 bind 0.0.0.0    #修改监听地址
137 daemonize yes  #开启守护进程
172 logfile /var/log/redis_6379.log  #指定日志文件目录
264 dir /var/lib/redis/6379   #指定工作目录
288 replicaof 192.168.130.14 6379  #添加主服务器地址 及端口
700 appendonly yes   #开启AOF持久化功能
#保存，并启动服务
 

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

重启服务 

 

4.5 验证主从效果

在master节点上看日志

#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 jn shuai
 
##在从节点上查看
get jn

在Master节点上验证从节点

在Master节点上验证从节点

主节点创建数据验证

从节点验证数据

从节点只能读，不能写

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、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
2. 每个哨兵节点每隔1秒会向主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做—次心跳检测。
3. 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)。
4. 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
5. 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。
6. 所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。

 由leader哨兵节点执行故障转移，过程如下:

1. 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
2. 若原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

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。

5、主节点选举

1. 过滤掉不健康的(已下线的)，没有回复哨兵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。

6、哨兵模式的部署

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

6.1 修改Redis 哨兵模式的配置文件(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 192.168.62.50 6379 2  #指定该哨兵节点监控192.168.62.50:6379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

6.2 启动哨兵模式

每个节点都要开启，先启动master，然后启动slave

#注意：先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

6.3 查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info sentinel

6.4 故障模拟

查看并杀死master节点的redis-server

再次查看哨兵信息

6.5 恢复过程

如果要将以前的master的redis启动，需要先将/var/run/redis_6379.pid文件删除，删除执行在执行/etc/init.d/redis_6379 start ，即可启动redis服务，启动之后，哨兵会将它设置为salve从节点，并自动指向新的节点。

最好再去配置文件中去指向主从复制的master，也就是将重新启动的master的配置文件/etc/redis/6379.conf 中的 288行重新指向新的master。

6.6 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

四、Redis集群模式

1、什么是Redis集群模式

• 集群，即 Redis Cluster， 是Redis 3. 0开始引入的分布式存储方案。可以解决写的操作无法负载均衡，存储受到单机限制，以及故障自动切换功能的一种集群。
• 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、集群模式的数据分片

• 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

总的来说：就是cluster集群是分布式的，它可以将多个master当做一个整体来存放数据。并且cluster中有16384个slot（哈希槽），集群中的master来平分这些槽位。当需要由数据来存储到集群汇中时，需要使用CRC16算法得出一个结果，再将这个结果对16384取余，最后得到对应的槽位，根据槽位选定最顶存放的master节点。

如果有新的master节点中加入，那么槽位该怎么分呢？

• cluster集群会将现有的每个slot移除一部分，每个master移除的solt加起来等于自己等下的即可，然后将槽位给到新加的master中。

slave节点怎么复制master节点的？

• 每个slave节点对应着自己的master，不仅同步的是master的数据，还同步master的槽位，当master宕机后，salve立马上来进行顶替。
• 如果slave节点也挂了，并且master节点还没有修复，那么有一整个16384个槽位缺少了这一部分，就导致整个集群无法使用。
   

4、集群模式的主从复制模型

    <- - -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

• 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位为主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。

5、 Redis集群模式部署

Redis集群一般需要6个节点，三主三从。

本次实验使用一台设备模拟三主三从。

5.1 服务器上部署好redis服务

5.2 集群部署

cd /etc/redis/
mkdir -p /etc/redis/redis-cluster/redis600{1..6}
cd redis-cluster/redis6001
#在当前服务器配置6个redis服务

#!/bin/bash
for i in {1..6}
do
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
done
#执行脚本复制配置文件及程序到目录中

5.3 配置集群功能配置文件

[root@jn 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
  
#先配置好6001的配置文件，然后将这个配置文件拷贝到另外6002-6006中，并且，修改端口

#!/bin/bash
for i in {2..6}
do
rm -rf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
#删除原配置文件
cp /etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
#复制6001已经更改好的文件
sed -i "s/port 6001/port 600$i/" /etc/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
#修改端口
sed -i "s/nodes-6001.conf/nodes-600${i}.conf/" /etc/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
#修改端口
done
#执行脚本一键替换其它的配置文件

 

 

 

5.4 启动redis节点

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

5.5 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

5.6 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