DAY 72 redis高可用的主从复制、哨兵、cluster集群
Redis 高可用
什么是高可用
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)。
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
Redis的高可用技术
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。
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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）
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
master 192.168.137.10
slave1 192.168.137.15
slave2 192.168.137.204.1所有服务器搭建redis数据库
关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
#安装依赖环境
yum install -y gcc gcc-c++ make
#解压文件到指定文件夹 opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-5.0.7/
#安装
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#执行软件包提供的install_server.sh 脚本文件，设置Redis服务所需要的相关配置文件
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
……
慢慢回车
Please select the redis executable path []
手动输入
/usr/local/redis/bin/redis-server
#创建软链接
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
/etc/init.d/redis_6379 stop #停止
/etc/init.d/redis_6379 start #启动
/etc/init.d/redis_6379 restart #重启
/etc/init.d/redis_6379 status
#重启redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart关闭防火墙并下载依赖环境
解压软件包并编译
安装到指定目录
执行软件包提供的脚本文件
出现这种情况进入 vim ./install_server.sh
做软链接
启动redis服务并查看
4.2修改Redis配置文件（Master节点操作）
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，修改监听地址为0.0.0.0
daemontze yes #137行，开启守护进程
logfile/var/log/redis_6379.1og #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
4.3修改Redis配置文件（slave节点操作）
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes #137行，开启守护进程
logfile/var/log/redis 6379.1og #172行，指定日志文件目录
dir/var/lib/redis/6379 #264行，指定工作目录
replicaof 192.168.137.10 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
netstat -natp | grep redis slave节点配置与master节点类似使用scp命令进行远程传输后进行修改
scp /etc/redis/6379.conf 192.168.137.15:/etc/redis
scp /etc/redis/6379.conf 192.168.137.20:/etc/redis
进入两台slave服务器进行修改
vim /etc/redis/6379.conf
replicaof 192.168.137.10 6379#288行，指定要同步的Master节点IP和端口
/etc/init.d/redis_6379 restart
netstat -natp | grep redis 查看主从服务器是否连接4.4验证主从效果
在Master节点上看日志
tail /var/log/redis_6379.log
Replica 192.168.137.15：6379 asks for synchronization
Replica 192.168.137.20：6379 asks for synchronization在Master节点上验证从节点
redis-cli info replication
二、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。
1、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。
2、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，台数必须为大于等于3奇数台。
- 数据节点：主节点和从节点都是数据节点。
3、故障转移机制
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。
- .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。
-
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
4、主节点的选举
- 过滤掉不健康的（己下线的），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。
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
5、搭建redis哨兵模式
master 192.168.137.10
slave1 192.168.137.15
slave2 192.168.137.20
sentinel-1: 1992.168.137.30
sentinel-2: 1992.168.137.40
sentinel-3: 1992.168.137.505.1所有哨兵服务器安装好redis服务
关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
#安装依赖环境
yum install -y gcc gcc-c++ make
#解压文件到指定文件夹 opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-5.0.7/
#安装
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#执行软件包提供的install_server.sh 脚本文件，设置Redis服务所需要的相关配置文件
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
……
慢慢回车
Please select the redis executable path []
手动输入
/usr/local/redis/bin/redis-server
#创建软链接
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
/etc/init.d/redis_6379 stop #停止
/etc/init.d/redis_6379 start #启动
/etc/init.d/redis_6379 restart #重启
/etc/init.d/redis_6379 status
#重启redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart5.2master和slave部署Redis主从复制
修改主节点配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，修改监听地址为0.0.0.0
daemontze yes #137行，开启守护进程
logfile/var/log/redis_6379.1og #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修改从节点配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes #137行，开启守护进程
logfile/var/log/redis 6379.1og #172行，指定日志文件目录
dir/var/lib/redis/6379 #264行，指定工作目录
replicaof 192.168.137.10 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
netstat -natp | grep redis
5.3修改哨兵节点的配置文件sentinel.conf（所有哨兵节点操作）
此处修改192.168.52.200哨兵节点的配置文件，使用scp命令传给其他两个哨兵节点
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sentine1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 192.168.137.10 6379 2
#84行，修改指定该哨兵节点监控192.168.137.10:6379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 3000
#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，同一个sentine1对同一个master两次failover之间的间隔时间（180秒）
#远程传续将配置文件传输给其他哨兵服务器
scp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf 192.168.137.30:/opt/redis-5.0.7/
scp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf 192.168.137.40:/opt/redis-5.0.7/5.4启动哨兵模式
#所有哨兵服务器执行
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &5.5在哨兵节点查看哨兵消息
redis-cli -p 26379 info sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.239.10:6379,slaves=2,sentinels=3
[1]+ 完成 redis-sentinel sentinel.conf5.6故障模拟
#在master节点查看redis-server进程号
ps -ef | grep redis
#杀死master节点redis-server进程
kill -9 21981在哨兵节点上验证master是否转换至从服务器
tail -f /var/log/sentinel.log
在哨兵上查看是否转换成功
redis-cli -p 26379 info sentinel
5.7故障恢复
#主节点
rm -rf /var/run/redis_6379.pid #删除pid文件如果pid文件不删除则服务起不来
/etc/init.d/redis_6379 start #启动服务
netstat -natp |grep 6379
#主服务器查看
redis-cli info replication三、Redis 群集模式
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
1、集群的作用，可以归纳为两点
（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
3、搭建Redis 群集模式
redis的集群一般需要6个节点，3主3从
| 服务器类型 | 系统和IP地址 | 需要安装的组件 |
|---|---|---|
| master1 | 192.168.137.10 | redis-5.0.7.tar.gz |
| master2 | 192.168.137.15 | redis-5.0.7.tar.gz |
| master3 | 192.168.137.20 | redis-5.0.7.tar.gz |
| slave1 | 192.168.137.30 | redis-5.0.7.tar.gz |
| slave2 | 192.168.137.40 | redis-5.0.7.tar.gz |
| slave3 | 192.168.137.50 | redis-5.0.7.tar.gz |
3.1初始化环境每台主机安装redis
关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
#安装依赖环境
yum install -y gcc gcc-c++ make
#解压文件到指定文件夹 opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-5.0.7/
#安装
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#执行软件包提供的install_server.sh 脚本文件，设置Redis服务所需要的相关配置文件
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
……
慢慢回车
Please select the redis executable path []
手动输入
/usr/local/redis/bin/redis-server
#创建软链接
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
/etc/init.d/redis_6379 stop #停止
/etc/init.d/redis_6379 start #启动
/etc/init.d/redis_6379 restart #重启
/etc/init.d/redis_6379 status
#重启redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart3.2开启集群功能
修改任意一台服务器配置文件
vim /opt/redis-5.0.7/redis.conf
bind 192.168.137.10 #69行，注释掉bind项，改为自己
protected-mode no #88行，修改，关闭保护模式
port 6379 #92行redis默认监听端口，
daemonize yes #136行，开启守护进程，以独立进程启动
appendonly yes #700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
#远程传输完要修改监听地址为自己
scp /opt/redis-5.0.7/redis.conf 192.168.137.15:/opt/redis-5.0.7/
scp /opt/redis-5.0.7/redis.conf 192.168.137.20:/opt/redis-5.0.7/
scp /opt/redis-5.0.7/redis.conf 192.168.137.30:/opt/redis-5.0.7/
scp /opt/redis-5.0.7/redis.conf 192.168.137.40:/opt/redis-5.0.7/
scp /opt/redis-5.0.7/redis.conf 192.168.137.50:/opt/redis-5.0.7/3.3启动redis节点
所有节点执行
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-server redis.conf #启动redis节点3.4启动集群
任一一个节点启动
redis-cli --cluster create 192.168.137.10:6379 192.168.137.15:6379 192.168.137.20:6379 192.168.137.30:6379 192.168.137.40:6379 192.168.137.50:6379 --cluster-replicas 1
#六个示例分为三组，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表示每个主节点有一个从节点3.5测试群集
redis-cli -h 192.168.137.10 -p 6379 -c #加-c参数，节点之间可以互相跳转
192.168.239.10:6379> cluster slots #查看节点哈希槽编号范围
1) 1) (integer) 5461
2) (integer) 10922 #哈希槽编号范围
3) 1) "192.168.137.10"
2) (integer) 6379 #主节点ip和端口
3) "093fd0ff72272a5b3c91b01fbcc106184971b818"
4) 1) "192.168.137.40"
2) (integer) 6379 #从节点ip和端口
3) "97b3832b9be3df6455f3ba34269a92ee07bd46e3"
2) 1) (integer) 0
2) (integer) 5460
3) 1) "192.168.137.15"
2) (integer) 6379
3) "03523dfb1c9efd1da17f9380e94276c171ef2041"
4) 1) "192.168.137.30"
2) (integer) 6379
3) "33bb54b95acfcb61960317f3eaaf19f74fd5cafa"
3) 1) (integer) 10923
2) (integer) 16383
3) 1) "192.168.137.20"
2) (integer) 6379
3) "a0515c00438a99c928e16bd0ec704013e74cc2e7"
4) 1) "192.168.137.50"
2) (integer) 6379
3) "efbb3e371167be32d67462e496ba538ee94fad07"