NoSQL之redis集群
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一：Redis群集的三种模式
1.1主从复制
1.2哨兵
1.3集群
二：Redis主从复制
2.1redis主从复制原理
2.2主从复制的作用
2.3redis主从复制流程
三：部署Redis主从复制
3.1环境准备
3.2安装redis
3.3修改Master节点配置文件(192.168.137.20 )
3.4修改Slave节点配置文件(Slave节点192.168.137.15、192.168.137.10)
3.5验证主从效果
四：Redis哨兵模式
4.1哨兵模式的原理
4.2哨兵模式的作用
4.3哨兵模式的结构
4.4故障转移机制
4.5哨兵模式的总结
4.6哨兵模式的搭建
4.6.2修改Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)
4.6.3启动哨兵模式
4.6.4查看哨兵信息
4.6.5模拟故障
五：Redis群集模式
5.1集群的作用
5.2集群模式的数据分片
5.3集群模式的主从复制模型
5.4redis集群的搭建
5.4.1环境准备
5.4.2创建目录复制配置文件到对应的节点上
5.4.3修改主配置文件，设置开启群集功能
5.4.4启动所有redis节点
5.4.5启动群集
5.4.6测试集群
六：总结
前言：本篇将会讲述redis群集的三种模式：主从同步、哨兵模式、Cluster
一：Redis群集的三种模式
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
1.1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
1.2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
1.3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
注：mysql读写分离通过中间件实现；redis是自带读写分离
二：Redis主从复制
2.1redis主从复制原理
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
2.2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。
2.3redis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
三：部署Redis主从复制
3.1环境准备
| 主机 | 系统 | IP地址 | 安装包 |
| Master节点 | CentOS 7 | 192.168.137.20 | redis-5.0.7.tar. gz |
| Slave1节点 | CentOS 7 | 192.168.137.15 | redis-5.0.7.tar. gz |
| Slave2节点 | CentOS 7 | 192.168.137.10 | redis-5.0.7.tar. gz |
#三台主机都关闭防火墙和SELINUX
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 03.2安装redis
yum install -y gcc gcc-c++ make
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
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，下一步需要手动输入
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/在三台服务器上均需部署Redis，可以参考我之前写的这篇博客：
(4条消息) NoSQL之redis配置与优化（启示录）_廿一11的博客-CSDN博客
3.3修改Master节点配置文件(192.168.137.20 )
（1）#修改master主配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，注释掉bind项，或修改为0.0.0.0,默认监听所有网卡
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）#重启redis
/etc/init.d/redis_6379 restart（1）修改master主配置文件
（2）重启redis
/etc/init.d/redis_6379 restart
3.4修改Slave节点配置文件(Slave节点192.168.137.15、192.168.137.10)
（1）#修改slave1节点、slave2节点配置文件，slave1和slave2修改步骤相同
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
replicaof 192.168.137.20 6379 #287行，取消注释并指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes #700行，开启AOF持久化功能
（2）#重启slave1节点和slave2节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart（1）修改slave1节点配置
（2）重启slave1节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart
（3）修改slave2节点配置
（4）重启slave2节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart
3.5验证主从效果
#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
#创建数据验证
##在master创建数据
set name kenan
##在从节点上查看
get name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
创建数据验证
在master创建数据
set name kenan
四：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
4.1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。
4.2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。
4.3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。
4.4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。
4.5哨兵模式的总结
哨兵对主从复制进行监控(监控的对象:所有的redis 数据库的节点)
哨兵与哨兵之间进行互相监控（监控对象：哨兵彼此）
监控的目的:
①哨兵和哨兵之间的监控，目的为了监控彼此的存活状态；
②哨兵监控所有的redis 数据库的目的：为了实现故障切换
故障切换原理：
① 当master 宕掉，哨兵会及时发现，在发现之后，进行投票选举，选举出一个新的master 服务器（一定是奇数）；
② 完成slave ---》master 的从服务器向主服务器的切换；
③ 完成其它从服务器对新的master 的配置
4.6哨兵模式的搭建
基于主从复制已搭建完成
| 主机 | 操作系统 | IP地址 | 软件/安装包/工具 |
| Master | CentOs7 | 192.168.137.20 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1 | CentOS7 | 192.168.137.15 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2 | CentOS7 | 192.168.137.10 | redis-5.0.7.tar.gz |
4.6.2修改Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)
systemctl stop firewalld
setenforce 0
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 192.168.137.20 6379 2 #84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.184.10:6379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 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 180000master主机上
slave1主机上
slave2主机上
4.6.3启动哨兵模式
先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
注意！先启动主服务器，再启动从服务器
4.6.4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=192.168.137.20:6379,slaves=2,sentinels=3
[1]+ 完成 redis-sentinel sentinel.conf
4.6.5模拟故障
#在Master 上查看redis-server进程号:
ps -ef | grep redis
#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 6491 #Master节点上redis-server的进程号
#验证master是转换至从服务器
tail -f /var/log/sentinel.log
#在Slave上查看是否转换成功
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel在Master 上查看redis-server进程号
杀死 Master 节点上redis-server的进程号
验证master是转换至从服务器
Slave上查看是否转换成功
五：Redis群集模式
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。
5.1集群的作用
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。
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。
5.2集群模式的数据分片
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
5.3集群模式的主从复制模型
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位为主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。
5.4redis集群的搭建
5.4.1环境准备
- 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3台服务器上模拟,每台主机上设置一主一备，以IP地址和端口进行区分：
- 三个主节点端口号：5001，5002，5003
- 对应的从节点端口号：7001，7002，7003
| 服务器类型 | 系统和IP地址 | 需要安装的组 件 |
节点端 口 |
| Master 1 | CentOS7.4(64位)192.168.137.20 | redis- 5.0.7.tar.gz |
5001 |
| Slave 1 | CentOS7.4(64位)192.168.137.20 | redis- 5.0.7.tar.gz |
7001 |
| Master 2 | CentOS7.4(64位)192.168.137.15 | redis- 5.0.7.tar.gz |
5002 |
| Slave 2 | CentOS7.4(64位)192.168.137.15 | redis- 5.0.7.tar.gz |
7002 |
| Master 3 | CentOS7.4(64位)192.168.137.10 | redis- 5.0.7.tar.gz |
5003 |
| Slave 3 | CentOS7.4(64位)192.168.137.10 | redis- 5.0.7.tar.gz |
7003 |
hostnamectl set-hostname master1_slave1
hostnamectl set-hostname master2_slave2
hostnamectl set-hostname master3_slave35.4.2创建目录复制配置文件到对应的节点上
#第一台主机：192.168.137.20
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis5001
mkdir -p redis-cluster/redis7001
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis5001/
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis5001/
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis7001/
#第二台主机:192.168.137.15
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis5002
mkdir -p redis-cluster/redis7002
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis5002/
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis7002/
#第三台主机:192.168.137.10
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis5003
mkdir -p redis-cluster/redis7003
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis5003/
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis7003/
5.4.3修改主配置文件，设置开启群集功能
（1）先在Master1上配置，然后将配置文件复制到其他节点服务器
#Master1配置如下，其他5个服务器的配置文件类似，注意6个端口都要不一样。
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
bind 192.168.137.20 #69行，修改bind项，监听自己的IP
protected-mode no #88行，修改，关闭保护模式
port 5001 #92行，修改，redis监听端口
daemonize yes #136行，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-6379.conf #840行，取消注释，群集名称文件设置，无需修改
cluster-node-timeout 15000 #846行，取消注释群集超时时间设置
appendonly yes #699行，修改，开启AOF持久化
（2）在Master1节点上将配置文件到其他两台Master节点中
scp /etc/redis/redis-cluster/redis5001/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis5002/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis5001/redis.conf [email protected]:/etc/redis/redis-cluster/redis5003/redis.conf
（3）将Master节点上的配置文件再复制到各自的从服务器中
#将Master1的主配置文件复制到Slave1
cp -p /etc/redis/redis-cluster/redis5001/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis7001/redis.conf
#将Master2的主配置文件复制到Slave2
cp -p /etc/redis/redis-cluster/redis5002/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis7002/redis.conf
#将Master3的主配置文件复制到Slave3
cp -p /etc/redis/redis-cluster/redis5003/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis7003/redis.conf
（4）修改除Master1节点之外的所有服务器的监听地址及端口
#Slave1
vim /etc/redis/redis-cluster/redis7001/redis.conf
bind 192.168.137.20 #69行，修改bind项，监听自己的IP
port 7001 #92行，修改，redis监听端口
#Master2
vim /etc/redis/redis-cluster/redis5002/redis.conf
bind 192.168.137.15 #69行，修改bind项，监听自己的IP
port 5002 #92行，修改，redis监听端口
#Slave2
vim /etc/redis/redis-cluster/redis7002/redis.conf
bind 192.168.137.15 #69行，修改bind项，监听自己的IP
port 7002 #92行，修改，redis监听端口 
#Master3
vim /etc/redis/redis-cluster/redis5003/redis.conf
bind 192.168.137.10 #69行，修改bind项，监听自己的IP
port 5003 #92行，修改，redis监听端口
#Slave3
vim /etc/redis/redis-cluster/redis7003/redis.conf
bind 192.168.137.10 #69行，修改bind项，监听自己的IP
port 7003 #92行，修改，redis监听端口
5.4.4启动所有redis节点
cd /etc/redis/redis-cluster/redis5001/
redis-server redis.conf
cd /etc/redis/redis-cluster/redis7001/
redis-server redis.conf
cd /etc/redis/redis-cluster/redis5002/
redis-server redis.conf
cd /etc/redis/redis-cluster/redis7002/
redis-server redis.conf
cd /etc/redis/redis-cluster/redis5003/
redis-server redis.conf
cd /etc/redis/redis-cluster/redis7003/
redis-server redis.conf
5.4.5启动群集
#前三台为Master，后三台为Slave，下面交互的时候需要输入yes 才可以创建。
redis-cli --cluster create 192.168.137.20:5001 192.168.137.15:5002 192.168.137.10:5003 192.168.137.20:7001 192.168.137.15:7002 192.168.137.10:7003 --cluster-replicas 1
#-replicas 1 表示每个主节点有1个从节点。
5.4.6测试集群
#加-c参数，节点之间就可以互相跳转
redis-cli -h 192.168.137.20 -p 5001 -c
#查看节点的哈希槽编号范围
cluster slots
set hobby dance
#查看键的槽编号
cluster keyslot hobby
六：总结
Redis高可用有四种实现方法：持久化、主从复制、哨兵模式、集群模式，持久化适用于单台服务器，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。其是最简单的一种高可用方式，Redis集群提供了分布式存储方案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，其集群最低需要6个节点，三主三从，实现Redis高可用。