redis服务之主从复制、哨兵模式、集群模式

引言

好久没写引言了，今天我来给大家讲讲redis的三种模式，这三种模式在我们的日常生产中用的还是挺多的，就由我带着大家往下了解一下吧。

​一、Redis主从复制

Redis有三种模式：分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster

• 主从复制：主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和群集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。
  缺陷：写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制，哨兵无法对从节点进行自动故障转移；在读写分离场景下，从节点故障会导致读服务不可用，需要对从节点做额外的监控、切换操作。

• 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。

1.​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；​​​​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。

1.​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。

1.3、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。

二、Redis主从复制的搭建​

​​​Master：192.168.190.2
​​Slave1：​192.168.190.3
​​Slave2：​192.168.190.4

hostnamectl set-hostname master  #修改主机名，每台主机要改的不一样
su
systemctl stop firewalld
setenforce 0

2.1、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/

​2.2、修改Master节点Redis配置文件​

​​Master：192.168.190.2

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
netstat -natp | grep redis

​2.3、修改Slave节点Redis配置文件​

​​Slave1：​192.168.190.3
​​Slave2：​192.168.190.4

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，指定要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.163.10 6379
#700行，开启AOF持久化功能
appendonly yes

/etc/init.d/redis_6379 restart
netstat -natp | grep redis

​2.4、验证主从效果​

​​Master：192.168.190.2
​​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 info replication

三、Redis 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

3.​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​。

3.​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.​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。

3.4、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。

3.5、主节点的选举

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。

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

四、哨兵模式的搭建​

​​​Master：192.168.190.2
​​Slave1：​192.168.190.3
​​Slave2：​192.168.190.4

4.​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，修改 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

4.​2、启动哨兵模式​

​​​先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

先启动主节点

​​​再启动从节点

4.​3、查看哨兵模式信息​

Master：192.168.190.2

redis-cli -p 26379 info Sentinel

4.​4、故障模拟​

Master：192.168.190.2

#查看redis-server进程号
ps aux | grep redis
root       8989  0.2  0.3 156404  7936 ?        Ssl  10:47   0:14 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      47944  0.6  0.3 153844  7832 ?        Ssl  11:47   0:08 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      48496  0.0  0.0 112676   976 pts/2    R+   12:09   0:00 grep --color=auto redis


#杀死 Master 节点上redis-server的进程号，模拟故障
kill -9 8989      #Master节点上redis-server的进程号

4.5、验证结果​

​​​Master：192.168.132.50

tail -f /var/log/sentinel.log
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

五、Redis 群集模式​

5.​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​。

5.2、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。

5.​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5461号哈希槽​​​
​​​节点B包含5462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1、2、3三个节点，如果节点2失败了，整个集群就会因缺少5462-10922这个范围的槽而不可以用。​​
​​为每个节点添加一个从节点A、B、C整个集群便有三个Master节点和三个slave节点组成，在节点2失败后，集群选举B位为的主节点继续服务。当2和B都失败后，集群将不可用

六、搭建Redis 群集模式​

​​​redis的集群一般需要6个节点，3主3从。为了方便，这里所有节点在同一台服务器上模拟

• 三个主节点端口号：6001,6002,6003
• 对应的从节点端口号：7001,7002,7003

192.168.190.2

6.1、准备

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

6.​2、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
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                         #700行，修改，开启AOF持久化

6.3、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 i in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
redis-server redis.conf
done

ps -ef | grep redis

6.​4、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

yes

​6.5、测试群集​

redis-cli -p 6001 -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
cluster keyslot test  #查看name键的槽编号

七、总结

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster群集

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
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：写操作无法负载均衡:存储能力受到单机的限制。

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。