Redis高可用集群（哨兵、集群）
文章目录
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- 前言
- 一、 主从复制
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- 1.1 主从复制的作用
- 1.2 主从复制流程
- 1.3 主从复制搭建
- 二、哨兵模式
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- 2.1 哨兵模式的作用：
- 2.2 哨兵结构的组成
- 2.3 故障转移机制
- 2.4 哨兵模式搭建
- 三、集群模式
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- 3.1 集群的作用
- 3.2 Redis集群的数据分片
- 3.3 Redis集群的主从复制模型
- 3.4 集群模式搭建（多机器节点）
- 3.4 集群模式搭建（单机器多节点）
前言
Redis的高可用有两种，哨兵模式和集群模式，他们都是建立在主从复制的基础上的。
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。
哨兵模式：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、 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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
1.3 主从复制搭建
---------------------环境准备---------------------
Master节点：192.168.41.41
slave1节点：192.168.41.42
slave2节点：192.168.41.43
systemctl stop firewalld && setenforce 0
yum install -y gcc gcc-c++ make
cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz
cd /opt/redis-5.0.7/
make -j2 && make PREFIX=/usr/local/redis install
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
Please select the redis executable path
/usr/local/redis/bin/redis-server
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
修改Redis配置文件：
-----------------Master节点操作------------------
vim /etc/redis/6379.conf
#70行，修改监听地址为0.0.0.0
bind 0.0.0.0
#137行，开启守护进程
daemonize yes
#172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行，指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#700行，开启AOF下持久化功能
appendonly yes
#重启redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart
-----------------Slave节点操作------------------
vim /etc/redis/6379.conf
#70行，修改监听地址为0.0.0.0
bind 0.0.0.0
#137行，开启守护进程
daemonize yes
#172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行，指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#288行，指定要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.41.41 6379
#700行，开启AOF下持久化功能
appendonly yes
#重启redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart
-----------------验证------------------
#主节点查看日志文件
tail /var/log/redis_6379.log
#主节点创建数据
127.0.0.1:6379> set name hang
OK
127.0.0.1:6379> set age 18
OK
127.0.0.1:6379> set sex man
OK
127.0.0.1:6379> keys *
1) "name"
2) "sex"
3) "age"
#两个从节点查看
#slave0（192.168.41.42）
127.0.0.1:6379> keys *
1) "name"
2) "sex"
3) "age"
127.0.0.1:6379> get name
"hang"
127.0.0.1:6379> get sex
"man"
127.0.0.1:6379> get age
"18"
#slave1（192.168.41.43）
127.0.0.1:6379> keys *
1) "sex"
2) "age"
3) "name"
127.0.0.1:6379> get name
"hang"
127.0.0.1:6379> get age
"18"
127.0.0.1:6379> get sex
"man"
二、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。
2.1 哨兵模式的作用：
- 监控：哨兵公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。
2.2 哨兵结构的组成
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。
2.3 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秒会问主节点、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
主节点的选举：
- 过滤掉不健康的（已下线的），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.
2.4 哨兵模式搭建
---------------------环境准备---------------------
Master节点：192.168.41.41
slave1节点：192.168.41.42
slave2节点：192.168.41.43
systemctl stop firewalld && setenforce 0
修改Redis哨兵模式的配置文件（所有节点操作）
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
#17行，关闭保护模式
protected-mode no
#21行，Redis哨兵默认的监听端口
port 26379
#26行，指定sentine1为后台启动
daemonize yes
#36行，指定日志存放路径
logfile "/var/log/sentinel.log"
#65行，指定数据库存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"
#84行，修改指定该哨兵节点监控192.168.41.41:6379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 monitor mymaster 192.168.41.41 6379 2
#113行，判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒（30秒）
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
#146行，同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间（180秒）
sentinel failover-timeout mymaster 180000
注：再次强调，上述过程所有节点都要操作
---------------------启动哨兵模式---------------------
先启动master，再启动slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf & #后台启动
ps aux | grep sentinel #查看进程信息
---------------------查看哨兵信息---------------------
redis-cli -p 26379 info sentinel
-------------------------结果------------------------
# 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=192.168.41.41:6379,slaves=2,sentinels=3
-------------------------故障模拟------------------------
#查看redis-server进程号
root 7455 0.1 0.2 159476 5472 ? Ssl 02:06 0:01 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root 7668 0.3 0.1 153844 2784 ? Ssl 02:21 0:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root 7673 0.0 0.0 112676 984 pts/0 S+ 02:21 0:00 grep --color=auto redis
#监控哨兵日志
tail -f /var/log/sentinel.log
#杀死Master节点上redis-server的进程号
kill -9 7455 #7455是Master节点上redis-server的进程号
三、集群模式
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。
3.1 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。
3.2 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
我们以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
3.3 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。
3.4 集群模式搭建（多机器节点）
---------------------环境准备---------------------
MasterA节点：192.168.41.41
MasterB节点：192.168.41.42
MasterC节点：192.168.41.43
SlaveA节点：192.168.41.44
SlaveB节点：192.168.41.45
SlaveC节点：192.168.41.46
systemctl stop firewalld && setenforce 0
修改配置文件:
------------------6台机器配置-------------------------
cd /etc/redis/
vim redis.conf
#69行监听所有网卡
bind 0.0.0.0
#88行，修改，关闭保护模式
protected-mode no
#136行，开启守护进程，以独立进程启动
daemonize yes
#832行，取消注释，开启群集功能
cluster-enabled yes
#840行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6379.conf
#846行，取消注释群集超时时间设置
cluster-node-timeout 15000
#700行，修改，开启AO下持久化
appendonly yes
#启动redis节点
cd /etc/redis/
redis-server redis.conf
#查看redis服务信息
netstat -natp | grep redis
tcp 0 0 0.0.0.0:6379 0.0.0.0:* LISTEN 46063/redis-server
tcp 0 0 0.0.0.0:16379 0.0.0.0:* LISTEN 46063/redis-server
--------------------------------------------------------------
6379：redis的端口
16379：redis集群模式下的总线端口，负责集群中各redis节点的通信
--------------------------------------------------------------
#启动集群
redis-cli --cluster create 192.168.41.41:6379 192.168.41.42:6379 192.168.41.43:6379 192.168.41.44:6379 192.168.41.45:6379 192.168.41.46:6379 --cluster-replicas 1
-------------------------测试---------------------------
#任意节点登录redis
redis-cli -c #-c参数可以实现节点之间的相互跳转
#查看节点的哈希槽编号范围
127.0.0.1:6379> cluster slots
1) 1) (integer) 10923 #哈希槽值编号范围
2) (integer) 16383 #10923-16383
3) 1) "192.168.41.43" #主节点IP
2) (integer) 6379 #端口
3) "13e2a2751c57111ae6fc3c7d09c8913b564591b2"
4) 1) "192.168.41.44" #从节点IP
2) (integer) 6379 #端口
3) "97685a49e95e8adb4bda912b7c70f6daad814790"
2) 1) (integer) 0 #哈希槽值编号范围
2) (integer) 5460 #0-5460
3) 1) "192.168.41.41" #主节点IP
2) (integer) 6379 #端口
3) "f9fb5021a9eb1fa060961f59e74b7c7a03e99b2b"
4) 1) "192.168.41.45" #从节点IP
2) (integer) 6379 #端口
3) "a84f1c94903fa18c4fb7c854eb5e2faa5b59202f"
3) 1) (integer) 5461 #哈希槽值编号范围
2) (integer) 10922 #5461-10922
3) 1) "192.168.41.42" #主节点IP
2) (integer) 6379 #端口
3) "cd1f9790fa1c58f82c6713c8dea5a4f4cd6de9b6"
4) 1) "192.168.41.46" #从节点IP
2) (integer) 6379 #端口
3) "1d1db72c0b92d3e1bc1cfe96fcec971e67c33b19"
---------------------41服务器节点--------------------------
127.0.0.1:6379> set name yang
-> Redirected to slot [5798] located at 192.168.41.42:6379
OK
#根据CRC16算法，计算出哈希值为5798，所以重定向到了42的redis中
---------------------42服务器节点--------------------------
127.0.0.1:6379> keys *
1) "name"
127.0.0.1:6379> get name
"yang"
#查看数据
127.0.0.1:6379> cluster keyslot name
3.4 集群模式搭建（单机器多节点）
---------------------环境准备---------------------
MasterA节点：192.168.41.41，端口6001
MasterB节点：192.168.41.41，端口6002
MasterC节点：192.168.41.43，端口6003
SlaveA节点：192.168.41.44，端口6004
SlaveB节点：192.168.41.45，端口6005
SlaveC节点：192.168.41.46，端口6006
systemctl stop firewalld && setenforce 0
配置文件：
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6} #创建6个redis服务对应的文件夹，用于存放redis.conf文件
cd /opt/redis-5.0.7/
cp redis.conf{,.bak} #备份redis.conf文件
vim redis.conf
#69行，注释掉bind项，默认监听所有网卡
#bind 127.0.0.1
#88行，关闭保护模式
protected-mode no
#92行，修改redis的监听端口，42-46服务器依次为6002-6006
port 6001
#136行，开启守护进程，以独立进程启动
daemonize yes
#832行，取消注释，开启群集功能
cluster-enabled yes
#840行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6001.conf
#846行，取消注释群集超时时间设置
cluster-node-timeout 15000
#700行开启AOF持久化
appendonly yes
保存退出
vim cluster.sh #编写脚本，将redis.conf文件拷贝至对应的文件夹
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
保存退出
chmod +x cluster.sh
./cluster.sh
进入42-46服务器，将端口号改掉即可
