【NOSQL】redis哨兵模式、集群搭建

一、redis高可用

• 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；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。

一、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。

1.1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。

1.2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。

二、搭建Rdeis主从复制

• Master节点：192.168.243.100
• Slave1节点：192.168.243.102

2.1安装redis

2.1.1环境准备

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

#修改内核参数
vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 20480

sysctl -p

2.1.2安装redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf /opt/redis-7.0.9.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-7.0.9
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。

#创建redis工作目录
mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/conf/

useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis.redis /usr/local/redis/

2.1.3设置环境变量

vim /etc/profile 
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin		#增加一行

source /etc/profile

2.1.4定义systemd服务管理脚本

vim /usr/lib/systemd/system/redis-server.service
[Unit]
Description=Redis Server
After=network.target

[Service]
User=redis
Group=redis
Type=forking
TimeoutSec=0
PIDFile=/usr/local/redis/log/redis_6379.pid
ExecStart=/usr/local/redis/bin/redis-server /usr/local/redis/conf/redis.conf
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target

2.2修改 Redis 配置文件（Master节点操作

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0									#87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no								#111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379										#138行，Redis默认的监听6379端口
tcp-backlog 20480                               # 148行，设置Redis的内存限制
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"	#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data						#504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123								#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes									#1380行，开启AOF

systemctl restart redis-server.service

2.3修改 Redis 配置文件（Slave节点操作）**

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0					                #87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no					            #111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379						                #138行，Redis默认的监听6379端口
tcp-backlog 20480                               # 148行，设置Redis的内存限制
daemonize yes					#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"	#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data			            #504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123				                #1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes					                #1380行，开启AOF
replicaof 192.168.80.10 6379				    #528行，指定要同步的Master节点IP和端口
#masterauth abc123				                #535行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepass


systemctl restart redis-server.service

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。

3.1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。

3.1.1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。

3.2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。

3.3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

3.4搭建Redis哨兵模式

3.4.1 实验环境准备

Master节点：192.168.243.100
Slave1节点：192.168.243.102
Slave2节点：192.168.243.103

systemctl stop firewalld
setenforce 0

3.4.2修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

cp /opt/redis-7.0.9/sentinel.conf /usr/local/redis/conf/
chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf

vim /usr/local/redis/conf/sentinel.conf
protected-mode no									#6行，关闭保护模式
port 26379											#10行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes										#15行，指定sentinel为后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis-sentinel.pid		#20行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/sentinel.log"			#25行，指定日志存放路径
dir /usr/local/redis/data							#54行，指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.80.10 6379 2		#73行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.80.10:6379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 auth-pass mymaster abc123					#76行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepass
sentinel down-after-milliseconds mymaster 3000		#114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			#214行，同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间（180秒）

3.4.3启动哨兵模式，查看

先启master，再启slave
cd /usr/local/redis/conf/
redis-sentinel sentinel.conf &
#查看哨兵信息
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=192.168.80.10:6379,slaves=2,sentinels=3

3.4.4故障模拟

查看redis-server进程号：

ps -ef | grep redis
root      57031      1  0 15:20 ?        00:00:07 /usr/local/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      57742      1  1 16:05 ?        00:00:07 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      57883  57462  0 16:17 pts/1    00:00:00 grep --color=auto redis

杀死 Master 节点上redis-server的进程号

四、Redis集群

• 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。

4.1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。

4.2Redis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）
• 集群的每组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

4.3Redis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。

4.4搭建Redis集群

redis的集群一般需要6个节点，3主3从
master：100，102，103主机
slave：104，105，106主机

4.4.1创建集群目录

#把集群配置文件，与执行开启文件过来
cd /usr/local/redis/
mkdir  redis-cluster
cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/redis-cluster
cp /opt/redis-7.0.9/src/redis-cli /opt/redis-7.0.9/src/redis-server /usr/local/redis/redis-cluster

4.4.2开启群集功能

• 其他5个主机的配置文件以此类推修改

cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
#bind 127.0.0.1					#87行，注释掉bind项，默认监听所有网卡
protected-mode no					#111行，关闭保护模式
port 6001						#138行，修改redis监听端口
daemonize yes					#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6001.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6001.log"	#354行，指定日志文件
dir ./						#504行，指定持久化文件所在目录
appendonly yes					#1379行，开启AOF
cluster-enabled yes					#1576行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf			#1584行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000				#1590行，取消注释群集超时时间设置

4.4.3启动redis节点，启动集群

• 其它主机一致

cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf

• 在任意一台服务器上启动集群

redis-cli --cluster create 192.168.243.100:6379 192.168.243.102:6379 192.168.243.103:6379 192.168.243.104:6379 192.168.243.105:6379 192.168.243.106:6379 --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。

4.4.4集群测试

redis-cli -p 6001 -c -p 192.168.243.100 				#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