redis数据库——————主从复制、哨兵模式、集群

目录

一、Redis主从复制

主从复制流程

 Redis主从复制的作用

二、哨兵模式

1、哨兵模式集群架构

2、哨兵模式主要功能 

3、哨兵监控整个系统节点的过程 ​

 4、主观下线

5、客观下线

6、master 选举 

 7、故障迁移

 8、优点与缺点

  三、Cluster群集

 1、集群的作用

2、Redis集群的数据分片

四、实验一（主从复制）

 五、实验二（哨兵模式）

 Redis 集群部署步骤

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一、Redis主从复制

•  通过持久化功能，redis保证了即使在服务器重启的情况下也不会丢失(或少量丢失)数据，因为持久化会把内存中的数据保存到硬盘上，重启会从硬盘上加载数据，但是由于数据是存儲在一台服务器上的，如果这台服务器出现硬盘故障等问题，也会导致数据丢失。
•  为了避免单点故障，通常的做法是将数据库复制多个副本以部署在不同的服务器上，这样即使有一台服务器出现故障，其他服务器依然可以继续提供服务，为此， redis提供了复制(replication)功能，可以实现当一台数据库中的数据更新后，自动将更新的数据同步到其他数据库上。
•  在复制的概念中，数据库分为两类，一类是主数据库(master) ，另一类是从数据(slave) 。主数据可以进行读写操作，当写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库，而从数据库一般是只读的，并接受主数据同步过来的数据。一个主数据库可以拥有多个从数据库，而一个从数据库只能拥有一个主数据库。

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（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，并缓存在数据文件中

【3】后台进程完成缓存操作后，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在硬盘上，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master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端机器都正常工作

 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。
 

二、哨兵模式

1、哨兵模式集群架构

 哨兵是Redis集群架构中非常重要的一个组件，哨兵的出现主要是解决了主从复制出现故障时需要认为干预的问题 

2、哨兵模式主要功能 

【1】集群监控：负责监控 Redis master 和 slave 进程是否正常工作
【2】消息通知：如果某个 Redis 实例出现故障，那么哨兵负责发送消息作为报警通知给管理员
【3】故障转移：如果 master node 挂掉了，会自动转移到 slave node 上
【4】配置中心：如果故障转移发生了，通知 client 客户端习新的 master 地址

3、哨兵监控整个系统节点的过程 

【1】首先主节点的信息是配置在哨兵的配置文件中

【2】哨兵节点会和配置的主节点建立起两条连接命令连接和订阅连接

【3】哨兵会通过命令连接每10s发送一次INFO命令，通过INFO命令，主节点会返回自己的run_id 和自己的从节点信息

【4】哨兵会对这些从节点也建立两条连接命令连接和订阅连接
【5】哨兵通过命令连接向从节点发送INFO命令，获取到他的一些信息：

• run_id（redis服务器id）
• role（职能）
• 从服务器的复制偏移量 offset
• 其他

【6】通过命令连接向服务器的 _sentinel:hello 频道发送一条消息，包括自己的ip端口、run_id、配置（后续投票的时候会用到）等
【7】通过订阅连接对服务器的 _sentinel:hello 频道做监听，所以所有的向该频道发送的哨兵消息都能被接收到
【8】解析监听到的消息，进行分析提取，就可以知道还有哪些别的哨兵服务节点也在监听这些主从节点了，更新结构体将这些哨兵节点记录下来
【9】向观察到的其他的哨兵节点建立命令连接
 

 4、主观下线

 哨兵节点会每秒一次的频率向建立了命令节点的实例发送ping命令，如果在 down-after-milliseconds 毫秒内没有做出有效响应包括（pong/loading/masterdown）以外的响应，哨兵就会将该实例在本结构体中的状态标记为 sri_s_down 主观下线

5、客观下线

 当一个哨兵节点发现主节点处于主观下线状态时，就会向其他的哨兵节点发出询问，该节点是否已经主观下线。如果超过配置参数 quorum 个节点认为是主观下线时，该哨兵节点就会将自己维护的结构体中该主节点标记为 sri_o_down 客观下线 

6、master 选举 

 在认为主节点客观下线的情况下，哨兵节点间会发起一次选举，命令为： SENTINEL is-master-down-by-addr，只是 run_id 这次会将自己的 run_id 带进去，希望接受者将自己设置为主节点。如果超过半数以上的节点返回将该节点标记为 leader 的情况下，会有该 leader 对故障进行迁移

 7、故障迁移

【1】在从节点中挑选出新的从节点 

• 通讯正常
• 优先级排序
• 优先级相同时选择offset最大的

【2】将该节点设置成新的主节点 slaveof no one ，并确保在后续的 INGO 命令时，该节点返回状态为 master

【3】将其他的从节点设置成从新的主节点服务， slaveof 命令

【4】将旧的主节点变成新的主节点的从节点

 8、优点与缺点

• 【优点】：高可用，哨兵模式是基于主从模式的，所有主从模式的优点，哨兵模式都有；主从可以自动切换，系统更健壮，可用性更高
• 【缺点】：redis 比较难支持在线扩容，在群集容量达到上限时在线扩容会变得很复杂

  三、Cluster群集

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。

 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。 

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
 

四、实验一（主从复制）

#关闭防火墙和核心防护
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

#进行redis的安装（所有主机都需要安装）
yum install -y gcc gcc-c++ make
cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz 
cd /opt/redis-5.0.7/
make -j 2 && make PREFIX=/usr/local/redis install
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

#Master节点（192.168.184.10）：
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 		#重启redis服务

#slaves节点（192.168.184.30、192.168.184.50）：
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 192.168.184.10 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
/etc/init.d/redis_6379 restart

#进行主从复制验证
tail -f /var/log/redis_6379.log    	#查看master节点日志
redis-cli info replication				#master上验证从节点

 master 节点（192.168.174.5）

 

 

 

 

 slave 节点192.168.174.27 

 

 

 

 

 

 五、实验二（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
•  哨兵：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。

  #修改配置文件（所有节点）
  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 192.168.184.10 6379 2	#84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.184.10:6379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）
  
  #启动哨兵模式
  redis-sentinel /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf &   #先启动master，再启动slave
  
  #查看哨兵信息
  redis-cli -p 26379 info sentinel
  
  #模拟故障
  netstat -natp | grep redis
  kill -9 redis的进程
  
  #查看哨兵的信息
  redis-cli -p 26379 info sentinel
  
  #查看日志
  tail -f /var/log/sentinel.log
  

  

   

   

   

   Redis 集群部署步骤

  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: 6001/6002/6003， 对应的从节点端口号: 6004/6005/6006
  
  cd /etc/redis/
  mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
  
  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
   
  #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
  appendonly yes          #699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-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
  
  #可以写一个for循环将6001的文件复制给6002~6006，这样就不需要全部一个一个文件进行修改了
  for i in {2..6}
  do
  /usr/bin/cp -f /etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
  done
  #之后稍微修改文件即可
  
  # 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
  
  #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
  
  #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。
  
  #测试群集
  redis-cli -p 6001 -c              #加-c参数，节点之间就可以互相跳转
  127.0.0.1:6001> cluster slots     #查看节点的哈希槽编号范围
  1) 1) (integer) 5461
     2) (integer) 10922      #哈希槽编号范围
     3) 1) "127.0.0.1" .
        2) (integer) 6003       #主节点IP和端口号
        3) " fdca661922216dd69a 63a7c9d3c4540cd6baef44"
     4) 1) "127.0.0.1"
        2) (integer) 6004       #从节点IP和端口号
        3) "a2c0c32aff0f38980accd2b63d6d952812e44740"
  2) 1) (integer) 0
     2) (integer) 5460
     3) 1) "127.0.0.1"
        2) (integer) 6001
        3) "0e5873747a2e2 6bdc935bc76c2ba fb19d0a54b11"
     4) 1) "127.0.0.1"
        2) (integer) 6006
        3) "8842ef5584a85005e135fd0ee59e5a0d67b0cf8e"
  3) 1) (integer) 10923 
     2) (integer) 16383
     3) 1) "127.0.0.1"
        2) (integer) 6002
        3) "81 6ddaa3d14 69540b2f fbcaaf9aa867646846b30"
     4) 1) "127.0.0.1"
        2) (integer) 6005
        3) "f847077bfe6722466e96178ae8cbb09dc8b4d5eb"
  
  127.0.0.1:6001> set name zhangsan
  -> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1: 6003
  OK
  
  127.0.0.1:6001> cluster keyslot name    #查看name键的槽编号
  (integer) 5798