redis主从复制、哨兵、集群模式

redis群集有三种模式

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

●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。

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。

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。

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。

搭建Redis 主从复制 ：
准备环境：
Master节点： 20.0.0.101
Slave1节点： 20.0.0.102
Slave2节点： 20.0.0.103

以下操作关闭防火墙和安全机制：
systemctl stop firewalld
setenforce 0

安装 Redis：

yum install -y gcc gcc-c++ make
#安装编译和构建工具。
wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.7.tar.gz
#从指定URL下载redis-5.0.7.tar.gz文件并保存到/opt/目录。
cd /opt/download.redis.io/releases
#切换到opt下download.redis.io/releases目录。
mv redis-5.0.7.tar.gz /opt
#将redis-5.0.7.tar.gz文件移动到/opt/目录。
cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz 
#解压缩redis-5.0.7.tar.gz文件到/opt/目录。


cd /opt/redis-5.0.7/
#切换到/opt/redis-5.0.7/目录。
make
#编译Redis。
make PREFIX=/usr/local/redis install
#将Redis安装到指定目录。
cd /opt/redis-5.0.7/utils
#切换到/opt/redis-5.0.7/utils目录。
./install_server.sh
#运行install_server.sh脚本来安装Redis服务器。

一直回车 直到看见path 配置环境变量
......
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server  
#在运行./install_server.sh脚本时，您需要按照提示进行一些配置。当看到"Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server]"时，您需要输入Redis可执行文件的路径，这里是/usr/local/redis/bin/redis-server。	
#注意环境变量位置要一次性输入正确
接下再次按回车进行确认
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
#将Redis可执行文件的符号链接创建到/usr/local/bin/目录，以便可以在任何位置运行Redis命令。

–修改 Redis 配置文件（Master节点操作）：

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
appendonly yes						#700行，开启AOF持久化功能


/etc/init.d/redis_6379 restart

修改 Redis 配置文件（两个Slave节点操作）:

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 20.0.0.101 6379        #288行，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

/etc/init.d/redis_6379 restart #重新启动 Redis 服务器

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

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。

哨兵模式原理:
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。

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。

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。

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。

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。

**注意：**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

搭建Redis 哨兵模式:
Master节点：20.0.0.101
Slave1节点：20.0.0.102
Slave2节点：20.0.0.103

关闭防火墙和安全机制：
systemctl stop firewalld
setenforce 0

修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作master 、slave1、 slave2):

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 20.0.0.101 6379 2	#84行，修改 指定该哨兵节点监控20.0.0.101:6379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）

启动哨兵模式:

先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &  
#将sentinel放在后台执行（可以启动 Redis Sentinel 进程并开始监控和管理 Redis 实例。在后台运行进程的情况下，您可以继续使用终端或关闭终端窗口，而不会影响 Redis Sentinel 的运行。）

查看哨兵信息：

redis-cli -p 26379 info Sentinel

故障模拟
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 6917

验证结果：

tail -f /var/log/sentinel.log

2.获取 Redis Sentinel 的信息：

redis-cli -p 26379 INFO Sentinel #获取 Redis Sentinel 的信息。

这些是 Redis Sentinel 的信息输出结果。以下是对每个信息的解释：

1. `sentinel_masters:1`：表示 Sentinel 当前监控的 Redis 主服务器数量为 1。这个值告诉您 Sentinel 正在监控多少个 Redis 主服务器。

2. `sentinel_tilt:0`：表示 Sentinel 当前没有发生故障转移。`sentinel_tilt` 是一个标志，当其值为 1 时，表示 Sentinel 处于故障转移状态。

3. `sentinel_running_scripts:0`：表示 Sentinel 当前没有正在运行的脚本。这个值告诉您 Sentinel 是否正在执行一些自定义脚本。

4. `sentinel_scripts_queue_length:0`：表示 Sentinel 当前脚本队列的长度为 0。这个值告诉您 Sentinel 脚本队列中等待执行的脚本数量。

5. `sentinel_simulate_failure_flags:0`：表示 Sentinel 当前没有模拟故障的标志。这个值告诉您 Sentinel 是否正在模拟故障以测试故障转移。

6. `master0:name=mymaster,status=ok,address=20.0.0.102:6379,slaves=2,sentinels=4`：表示 Sentinel 监控的 Redis 主服务器的信息。这个信息告诉您有关主服务器的名称、状态、地址、从服务器数量和 Sentinel 数量的详细信息。

这些信息提供了有关 Redis Sentinel 的一些状态和统计数据，可以帮助您了解 Sentinel 的运行情况和监控的 Redis 实例的状态。特别是 `master0` 行提供了有关主服务器的详细信息，包括名称、状态、地址以及从服务器和 Sentinel 的数量。

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。

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。

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

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。