Redis高可用（主从复制、哨兵模式和Cluster集群）

目录

一、Redis高可用

1.持久化

2.主从复制

3.哨兵

4.Cluster集群

二、主从复制

1.概念

2.作用

3.主从复制流程

4.配置主从复制

三、哨兵模式

1.功能

2.作用

3.组成

4.故障转移机制

5.主节点选举依据

6.配置哨兵模式

7.故障模拟

8.恢复故障节点

四、Cluster群集

1.简介

2.作用

（1）数据分区

（2）高可用

3.数据分片原理

4.Redis集群的主从复制模型

5.搭建 redis cluster 集群

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一、Redis高可用

        在web服务器中,高可用是指服务器可以正常访问的时间,衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务。（99.9%、99.99%、99.999%等等）

高可用的计算公式是1-（宕机时间）/（宕机时间+运行时间）有点类似与网络传输的参数误码率，我们用9的个数表示可用性

2个9：99%=1%365=3.6524h=87.6h

4个9：99.99%=0.01%36524*60=52.56min

5个9：99.999%=0.001%*365=5.265min

11个9：几乎一年宕机时间只有几分钟

        但是在Redis语境中,高可用的含义似乎要宽泛一些，除了保证提供正常服务（如主从分离、快速容灾技术），还需要考虑数据容量的扩展、数据安全不会丢失等。

        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。

1.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天失。

2.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，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。

3.哨兵

        在主从复制的基础上，哨兵实现了主节点自动化的故障恢复，但无法对从节点自动故障转移，在读写分离场景下，从节点故障会导致读服务不可用。

缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制；需要对从节点额外做监控。

4.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。

缺陷：成本和资源需求打。

二、主从复制

1.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），但一个从节点只能有一个主节点。

2.作用

（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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.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。

4.配置主从复制

主节点：192.168.116.40

从节点：192.168.116.50

从节点：192.168.116.60

主、从节点配置文件修改

vim /etc/redis/6379.conf

#70行，每台添加本机的地址
bind 127.0.0.1 192.168.116.40

#700行，开启AOF
appendonly yes

从节点添加

vim /etc/redis/6379.conf

#288行，指定master
replicaof 192.168.116.40 6379

查看日志发现，主从已经进行RDB数据完全同步 

执行 info replication 可以查看同步信息

主添加数据，测试aof同步

查看从节点是否有这个数据（都有则同步成功）

三、哨兵模式

1.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。

2.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，并让其它从节点改为复制新的主节点。

        通知：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

3.组成

        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。

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，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，那么这个哨兵就会主观认为这个主节点下线了（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；通知客户端主节点己经更换。

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.主节点选举依据

• 过滤掉不健康的（已下线的）没有回复哨兵ping响应的从节点。
• 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)
• 选择复制偏移量最大，也就是复制最完整的从节点。
   

6.配置哨兵模式

首先需要做好主从复制，上一部分已经完成。

复制并修改哨兵配置文件

cp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf /etc/redis/
cd /etc/redis/
vim sentinel.conf
#关闭保护模式
protected-mode no
#默认端口
port 26379
#打开后台运行
daemonize yes
#指定哨兵的pid和日志文件
pidfile "/var/run/redis-sentinel.pid"
logfile "/var/log/sentinel.log"
#指定redis数据文件
dir "/var/lib/redis/6379"
#指定哨兵模式主节点（2代表最少两个哨兵主观认为主宕机，才是客观宕机）
sentinel monitor mymaster 192.168.116.40 6379 2
#判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒(30秒)
sentinel down-after-milliseconds mymaster 10000
#同一个sentinel对同一个master两次故障恢复之间的间隔时间（180秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000

修改好的文件复制给从节点，并重启服务

#在主节点的/etc/redis/下执行远程传输
scp sentinel.conf 192.168.116.50:`pwd`
scp sentinel.conf 192.168.116.60:`pwd`

#从节点重启服务加载配置
service redis restart

启动哨兵模式

#主从都执行
/usr/local/redis/bin/redis-sentinel sentinel.conf

查看哨兵模式信息

7.故障模拟

首先跟踪哨兵日志，此时显示主从是正常的

关闭主节点redis服务，查看是否完成故障切换

查看新主节点中的信息

查看从节点配置文件 

8.恢复故障节点

恢复原来宕机的主节点，看他是否能加入到从节点中

查看配置文件

恢复成功！ 

四、Cluster群集

1.简介

        集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。

        集群由多组节点(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.作用

（1）数据分区

        数据分区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forks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中区可能溢出。

（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.数据分片原理

        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。

以3个节点组成的集群为例

        节点A包含0~5460号哈希槽

        节点B包含5461~10922号哈希槽

        节点C包含10923~16383号哈希槽

        每个Key通过CRC16算法生成一个值，用这个值对16384取余得到的数，在哪个节点的哈希槽区间，来决定放在哪个节点的哈希糟中，然后直接自动跳转到这个对应的节
点上进行存取操作。

4.Redis集群的主从复制模型

        例如集群中具有A、B、C三个节点，如果节点B失效了，整个集群就会因缺少5461-10922这个范围的槽而不可以用。

        所以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失效后，集群选举B1为的主节点继续服务；当B和B1都失败后，集群将不可用。

5.搭建 redis cluster 集群

        一般一个群集需要3对一主一从，为了演示方便，这里使用一台主机redis的6001-6004端口，模拟6台不同的redis实例。

创建每个redis节点的目录，复制需要的文件

mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}

#批量复制所需文件到6个目录下
cd /opt/redis-5.0.7/
for i in {1..6};do cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etredis600$i;cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /etredis600$i;done

修改6个实例的配置文件，之后全部开启

#先修改一个，再复制给其他的，修改端口和文件名序号即可
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
#修改以下字段，其他可自行修改
bind 0.0.0.0    #为实验方便监听所有
protected-mode no    #关闭保护模式
port 6001    #监听端口（每台需要不一样6001-6002）
daemonize yes    #打开后台运行
appendonly yes    #打开aof
cluster-enabled yes    #开启集群模式
cluster-config-file nodes-6001.conf    #集群节点配置文件名（每台需要不一样6001-6002）
cluster-node-timeout 15000    #集群故障监听超时时间

#开启所有
for i in {1..6};do cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i;./redis-server redis.conf;done    

#开启cluster模式         
./redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6001 127.0.0.1:6002 127.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1
#结尾的选项1，代表每个主有1个从节点                                                  

可以在数据库中使用 cluster slots 查看集群信息

测试插入数据（登入时加上-c选项，否则无法自动切换节点）