简单认识redis高可用实现方法

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一、redis群集三种模式

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster

●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。

二、 Redis 主从复制

1、简介

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、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。

3、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。

4.配置主从复制

主节点：192.168.116.40
从节点：192.168.116.50
从节点：192.168.116.60

主、从节点配置文件修改

vim /etc/redis/6379.conf
 
#70行，每台添加本机的地址
bind 127.0.0.1 192.168.116.40
 
#700行，开启AOF
appendonly yes

从节点添加

vim /etc/redis/6379.conf
 
#288行，指定master
replicaof 192.168.116.40 6379

查看日志发现，主从已经进行RDB数据完全同步

执行 info replication 可以查看同步信息

主添加数据，测试aof同步

查看从节点是否有这个数据（都有则同步成功）

三、Redis 哨兵模式

1、简介

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。

2、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、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。

4、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。

5、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。

6、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

7、配置哨兵模式

首先需要做好主从复制，上一部分已经完成。

复制并修改哨兵配置文件

cp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf /etc/redis/
cd /etc/redis/
vim sentinel.conf
#关闭保护模式
protected-mode no
#默认端口
port 26379
#打开后台运行
daemonize yes
#指定哨兵的pid和日志文件
pidfile "/var/run/redis-sentinel.pid"
logfile "/var/log/sentinel.log"
#指定redis数据文件
dir "/var/lib/redis/6379"
#指定哨兵模式主节点（2代表最少两个哨兵主观认为主宕机，才是客观宕机）
sentinel monitor mymaster 192.168.116.40 6379 2
#判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒(30秒)
sentinel down-after-milliseconds mymaster 10000
#同一个sentinel对同一个master两次故障恢复之间的间隔时间（180秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000

修改好的文件复制给从节点，并重启服务

#在主节点的/etc/redis/下执行远程传输
scp sentinel.conf 192.168.116.50:`pwd`
scp sentinel.conf 192.168.116.60:`pwd`
 
#从节点重启服务加载配置
service redis restart

启动哨兵模式

#主从都执行
/usr/local/redis/bin/redis-sentinel sentinel.conf

查看哨兵模式信息

8、故障模拟

首先跟踪哨兵日志，此时显示主从是正常的

关闭主节点redis服务，查看是否完成故障切换

查看新主节点中的信息

查看从节点配置文件

9、恢复故障节点

恢复原来宕机的主节点，看他是否能加入到从节点中

查看配置文件


成功

四、 Redis 群集模式

1、简介

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。

2、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。

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、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。

5、搭建 redis cluster 集群

    一般一个群集需要3对一主一从，为了演示方便，这里使用一台主机redis的6001-6004端口，模拟6台不同的redis实例。

创建每个redis节点的目录，复制需要的文件

mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
 
#批量复制所需文件到6个目录下
cd /opt/redis-5.0.7/
for i in {1..6};do cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etredis600$i;cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /etredis600$i;done

修改6个实例的配置文件，之后全部开启

#先修改一个，再复制给其他的，修改端口和文件名序号即可
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
#修改以下字段，其他可自行修改
bind 0.0.0.0    #为实验方便监听所有
protected-mode no    #关闭保护模式
port 6001    #监听端口（每台需要不一样6001-6002）
daemonize yes    #打开后台运行
appendonly yes    #打开aof
cluster-enabled yes    #开启集群模式
cluster-config-file nodes-6001.conf    #集群节点配置文件名（每台需要不一样6001-6002）
cluster-node-timeout 15000    #集群故障监听超时时间
 
#开启所有
for i in {1..6};do cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i;./redis-server redis.conf;done    
 
#开启cluster模式         
./redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6001 127.0.0.1:6002 127.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1
#结尾的选项1，代表每个主有1个从节点                                                  

可以在数据库中使用 cluster slots 查看集群信息

测试插入数据（登入时加上-c选项，否则无法自动切换节点）