Redis主从复制、哨兵、集群
目录
一、Redis高可用
二、Redis主从复制
主从复制的作用
主从复制流程
搭建Redis主从复制
安装部署
master节点操作
slave节点操作
验证
三、Redis哨兵模式
哨兵模式的原理
哨兵模式的作用
哨兵结构
故障转移机制
主节点的选举
部署哨兵模式
安装部署
模拟故障
验证
四、Redis集群模式
集群的作用
Redis集群的数据分片
部署Redis集群模式
实验步骤
启动集群
测试集群
总结
一、Redis高可用
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cluster集群，下面分别说明它们的作用，以及解决了什么样的问题。
-
持久化： 持久化是最简单的高可用方法（有时甚至不被归为高可用的手段），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。
-
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（和同步），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。（主挂了，找一个从成为新的主，哨兵节点进行监控）
- 缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
-
Cluster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。（6台起步，成双成对，3主3从）
二、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。
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。
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。
（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。
搭建Redis主从复制
实验环境
| 主机 | 操作系统 | IP地址 | 安装包 |
|---|---|---|---|
| Master | centos7 | 192.168.247.140 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1 |
centos7 |
192.168.247.99 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2 | centos7 | 192.168.247.100 | redis-5.0.7.tar.gz |
安装部署
所有节点操作
关闭防火墙
systemctl stop firewaldd
setenforce 0
安装编译器
yum install -y gcc gcc-c++ make
上传安装包并解压
cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt
cd /opt/redis-5.0.7
编译安装，指定安装路径
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#由于Redis源码包中直接提供了Makefile 文件，所以在解压完软件包后，不用先执行./configure 进行配置，可直接执行make与make install命令进行安装。
执行软件包提供的install_server.sh脚本，设置Redis服务所需的相关配置文件
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
一直回车
最后一步手动输入指定路径：/usr/local/redis/bin/redis-server
做软连接Redis的执行程序文件放入路径环境变量的目录中，便于系统识别
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin
脚本运行完毕，Redis服务就已经启动，查看默认监听端口6379
master节点操作
vim /etc/redis/6379.conf
修改配置文件
- 70行，修改监听地址为0.0.0.0
- 137行，开启守护进程
- 172行，指定日志文件目录
- 264行，指定工作目录
- 700行，开启AOF持久化功能
重启Redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart
slave节点操作
修改配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
- 70行，修改监听地址为0.0.0.0
- 137行，开启守护进程
- 172行，指定日志文件目录
- 264行，指定工作目录
- 288行，指定要同步的master节点ip和端口
- 700行，开启AOF持久化功能
重启Redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart
验证
在master节点上看日志
在master节点上验证从节点
三、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。
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。
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，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其它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。
哨兵结构
- 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
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，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。
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
主节点的选举
1.过滤掉不健康的（己下线的），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。
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
部署哨兵模式
实验环境
| 主机 |
操作系统 |
IP地址 |
安装包 |
|---|---|---|---|
| Master |
Centos7 |
192.168.247.140 |
Redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1 |
Centos7 |
192.168.247.99 |
Redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2 |
Centos7 |
192.168.247.100 |
Redis-5.0.7.tar.gz |
哨兵模式基于主从复制模式，所以所有节点须先部署好主从复制
安装部署
修改redis哨兵模式的配置文件所有节点都要操作
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
- 17行，关闭保护模式
- 21行，Redis哨兵默认的监听端口
- 26行，指定sentinel为后台启动
- 36行，指定日志存放路径
65行，指定数据库存放路径
84行，修改成master节点ip
113行，判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒（30秒）
146行，故障节点的最大超时时间为180000（180秒）
启动哨兵
先启动master；再启动slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
查看信息
模拟故障
查看redis-server进程号，并将master节点的进程杀死
验证
查看日志，已更改主节点
已更改master
四、Redis集群模式
集群，即Redis Cluster，是Redis3.0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。
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。
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。
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。
部署Redis集群模式
实验环境
| 服务器类型 |
系统和ip地址 |
安装包 |
端口 |
|---|---|---|---|
| Master1 |
Centos7/192.168.247.140 |
redis-5.0.7.tar.gz |
6001 |
| Slave1 |
Centos7/192.168.247.140 |
redis-5.0.7.tar.gz |
7001 |
| Master2 |
Centos7/192.168.247.99 |
redis-5.0.7.tar.gz |
6002 |
| Slave2 |
Centos7/192.168.247.99 |
redis-5.0.7.tar.gz |
7002 |
| Master3 |
Centos7/192.168.247.100 |
redis-5.0.7.tar.gz |
6003 |
| Slave3 |
Centos7/192.168.247.100 |
redis-5.0.7.tar.gz |
7003 |
实验步骤
所有节点须安装Redis
创建对应节点目录并复制配置文件
第一台：192.168.247.140
第二台：192.168.247.99
第三台：192.168.247.100
修改配置文件
#Master1配置如下，其他5个服务器的配置文件注意6个端口都要不一样。
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
- bind 192.168.247.140 #69行，修改bind项，监听自己的IP
- 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，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
- cluster-node-timeout 15000 #846行，取消注释群集超时时间设置
- appendonly yes #699行，修改，开启AOF持久化
将刚刚配置好的文件传到其他两台
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis6002/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis6003/redis.conf
将master文件复制到slave节点上
#将Master1的主配置文件复制到Slave1
cp -p /etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis7001/redis.conf
#将Master2的主配置文件复制到Slave2
cp -p /etc/redis/redis-cluster/redis6002/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis7002/redis.conf
#将Master3的主配置文件复制到Slave3
cp -p /etc/redis/redis-cluster/redis6003/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis7003/redis.conf
如果在一台机子上操作可使用以下脚本生成文件
for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done
修改监听端口
启动节点Redis服务
每个节点都要做
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
查看进程
ps -ef | grep redis
启动集群
redis-cli --cluster create 192.168.247.140:6001 192.168.247.99:6002192.168.247.100:6003 192.168.247.140:7001 192.168.247.99:7002 192.168.247.100:7003 --cluster-replicas 1
#-replicas 1 表示每个主节点有一个从节点
测试集群
总结
集群模式解决了主从复制模式和哨兵模式的缺陷，实现了较为完善的高可用方案