NoSQL-Redis集群
NoSQL-Redis集群
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- 一、集群：
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- 1.单点Redis带来的问题：
- 2.解决：
- 3.集群的介绍：
- 4.集群的优势：
- 5.集群的实现方式：
- 二、集群的模式：
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- 1.类型：
- 2.主从复制：
- 三、搭建主从复制：
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- 1.安装前准备：
- 2.修改redis配置文件：
- 3.验证：
- 四、Redis哨兵模式：
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- 1.主从切换技术的方法：
- 2.哨兵的核心功能：
- 3.哨兵模式原理：
- 4.哨兵模式的作用：
- 5.哨兵结构：
- 6.故障转移机制：
- 7.主节点的选举：
- 五、搭建Redis 哨兵模式：
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- 1.安装前准备：
- 2.修改配置文件：
- 3.启动哨兵模式：
- 4.查看哨兵信息：
- 5.故障模拟：
- 六、Redis 群集模式：
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- 1.集群：
- 2.集群的作用：
- 3.集群的数据分片：
- 七、搭建Redis 群集模式：
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- 1.编写shell脚本准备配置文件：
- 2.开启群集功能：
- 3.启动redis节点：
- 4.启动集群：
- 5.测试群集：
一、集群：
1.单点Redis带来的问题：
（1）单点故障，服务不可用
（2）无法处理大量的并发请求
（3）数据丢失—大灾难
2.解决：
搭建redis集群
3.集群的介绍：
（1）是一个通过在多个redis间节点间共享数据的程序集。
（2）并不支持处理多个keys的命令。
（3）通过分区提供一定程度的可用性，在实际环境中某个节点宕机时或不可达时继续处理。
4.集群的优势：
（1）自动分割数据到不同的节点上
（2）整个集群的部分节点失败或不可达都能
5.集群的实现方式：
（1）客户端分片
（2）代理分片
（3）服务端分片
二、集群的模式：
1.类型：
redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster，下面会讲解一下三种模式的工作方式，以及如何搭建cluster群集
（1）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。
（2）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。
（3）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。
2.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）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。
（2）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。
三、搭建主从复制：
1.安装前准备：
master：192.168.174.12
slave1：192.1:68.174.15
slave2：192.168.174.17
（1）三台服务器关闭防火墙，安全机制：
systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
（2）三台服务器安装redis：
yum install -y gcc gcc-c++ make
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/ #方法一上传软件包后解压安装
或
（wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.9.tar.gz） #方法二在线获取安装包
cd /opt/redis-5.0.7/
make
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/
2.修改redis配置文件：
（1）修改master上的配置文件：
-----修改 Redis 配置文件（Master节点操作）-----
vim /etc/redis/6379.conf redis.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.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
（2）修改slave节点上的配置文件：
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.log #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379 #264行，指定工作目录 #288行，指定要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.174.12 6379
appendonly yes #700行，开启AOF持久化功能
3.验证：
（1）在master上查看日志：
tail -f /var/log/redis_6379.log
46333:M 29 Jul 2023 15:54:47.797 * Background saving terminated with success
46333:M 29 Jul 2023 15:54:47.797 * Synchronization with replica 192.168.174.15:6379 succeeded
46333:M 29 Jul 2023 15:54:47.830 * Replica 192.168.174.17:6379 asks for synchronization
（2）在master上验证从服务器：
redis-cli info replication
四、Redis哨兵模式：
1.主从切换技术的方法：
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。
2.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.哨兵模式原理：
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。
4.哨兵模式的作用：
（1）监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
（2）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。
（3）通知（提醒）：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。
5.哨兵结构：
（1）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。
（2）数据节点：主节点和从节点都是数据节点。
6.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：
① 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；
② 若原主节点恢复也变成从节点，并指向新的主节点；
③ 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。
7.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。
五、搭建Redis 哨兵模式：
master：192.168.174.12
slave1：192.1:68.174.15
slave2：192.168.174.17
1.安装前准备：
systemctl stop firewalld
setenforce 0
2.修改配置文件：
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 192.168.174.12 6379 2 #84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.174.12:6379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）
3.启动哨兵模式：
- 先启动master，再开启slave：
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
4.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=192.168.174.12:6379,slaves=2,sentinels=3
[1]+ 完成 redis-sentinel sentinel.conf
5.故障模拟：
（1）查看redis-server进程号：
ps -ef | grep redis
root 46333 1 0 15:54 ? 00:00:02 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root 46877 1 0 16:17 ? 00:00:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root 46914 41527 0 16:20 pts/2 00:00:00 grep --color=auto redis
（2）杀死 Master 节点上redis-server的进程号：
kill -9 46333
（3）验证结果：
tail -f /var/log/sentinel.log
46876:X 29 Jul 2023 16:17:28.227 # Configuration loaded
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.231 * Increased maximum number of open files to 10032 (it was originally set to 1024).
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.232 * Running mode=sentinel, port=26379.
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.232 # WARNING: The TCP backlog setting of 511 cannot be enforced because /proc/sys/net/core/somaxconn is set to the lower value of 128.
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.233 # Sentinel ID is 9bdbb87c5517104d931cce174a2286c28dbd9368
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.233 # +monitor master mymaster 192.168.174.12 6379 quorum 2
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.235 * +slave slave 192.168.174.15:6379 192.168.174.15 6379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.235 * +slave slave 192.168.174.17:6379 192.168.174.17 6379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:17:55.158 * +sentinel sentinel e1a6f0edac9fe4f5bab5dc9435b3d8fe3c3da6d9 192.168.174.15 26379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:18:26.746 * +sentinel sentinel b0f98619ca4560a6b380ea09180892c37ab5ebd0 192.168.174.17 26379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.629 # +new-epoch 1
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.630 # +vote-for-leader e1a6f0edac9fe4f5bab5dc9435b3d8fe3c3da6d9 1
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.630 # +sdown master mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.698 # +odown master mymaster 192.168.174.12 6379 #quorum 3/2
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.698 # Next failover delay: I will not start a failover before Sat Jul 29 16:28:55 2023
46877:X 29 Jul 2023 16:22:56.174 # +config-update-from sentinel e1a6f0edac9fe4f5bab5dc9435b3d8fe3c3da6d9 192.168.174.15 26379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:56.175 # +switch-master mymaster 192.168.174.12 6379 192.168.174.17 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:56.175 * +slave slave 192.168.174.15:6379 192.168.174.15 6379 @ mymaster 192.168.174.17 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:56.175 * +slave slave 192.168.174.12:6379 192.168.174.12 6379 @ mymaster 192.168.174.17 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:23:26.185 # +sdown slave 192.168.174.12:6379 192.168.174.12 6379 @ mymaster 192.168.174.17 6379
（4）查看：
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=192.168.174.17:6379,slaves=2,sentinels=3
六、Redis 群集模式：
1.集群：
（1）即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。
（2）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。
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。
3.集群的数据分片：
（1）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。
（2）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。
七、搭建Redis 群集模式：
- 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。
1.编写shell脚本准备配置文件：
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
vim test.sh
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
bash test.sh
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
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
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（两种方法）
- 方法一：
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
- 方法二：
vim test1.sh
for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done
bash test1.sh
ps -ef | grep redis
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
- 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。
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
127.0.0.1:6001> CLUSTER SLOTS #查看节点的哈希槽编号范围
1) 1) (integer) 10923
2) (integer) 16383 #哈希槽编号范围
3) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6003
3) "ac1f9cbf20f56376e339bb2c7068df3baf62b85f"
4) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6005
3) "86e588aa024c1e55542da1b56ce1e06b9ba7107b"
2) 1) (integer) 5461
2) (integer) 10922
3) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6002
3) "8cb343d916930cc236c7360e1a2d7c1f7006ca22"
4) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6004
3) "5263302517ce6c3fe8e0bd497cc427e69458bc5c"
3) 1) (integer) 0
2) (integer) 5460
3) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6001
3) "ee4b71f23836d9fd5d14a5856265a86c79d28440"
4) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6006
3) "58ee04b6e8061616957bff4d2c7ae418035f0f2d"
set name billkin
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002
OK
127.0.0.1:6002> cluster keyslot name
(integer) 5798
127.0.0.1:6002> quit
[root@master redis6006]# redis-cli -p 6004 -c
127.0.0.1:6004> keys *
1) "name"
127.0.0.1:6004> get name #查看成功
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002
"billkin"