【nosql】redis之高可用（主从复制、哨兵、集群）搭建

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集群，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。

一、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。

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：

（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。

1.3、搭建Redis 主从复制

Master节点： 192.168.88.10
Slave1节点： 192.168.88.20
Slave2节点： 192.168.88.30
 

1、全体设置

systemctl stop firewalld
setenforce 0

安装 Redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/

wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.9.tar.gz

cd /opt/redis-5.0.7/

make
make PREFIX=/usr/local/redis install

cd /opt/redis-5.0.7/utils

./install_server.sh
......一直回车
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（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

/etc/init.d/redis_6379 restart

3、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 192.168.88.10 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

4、验证主从效果

在Master节点上看日志：
tail -f /var/log/redis_6379.log 
Replica 192.168.88.20:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.88.30:6379 asks for synchronization

在Master节点上验证从节点：

redis-cli info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.88.20,port=6379,state=online,offset=1246,lag=0
slave1:ip=192.168.88.30,port=6379,state=online,offset=1246,lag=1

二、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。
 

1、哨兵模式原理

●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。

2、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。

3、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

4、搭建Redis 哨兵模式

因为哨兵模式是基于Redis主从复制，所以之前要配置好主从复制

Master节点：192.168.88.10
Slave1节点：192.168.88.20
Slave2节点：192.168.88.30

1、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

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 192.168.88.10 6379 2    #84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.88.10:6379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 180000        #146行，故障节点的最大超时时间为180000（180秒）

2、启动哨兵模式

先启master，再启slave

cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

redis-cli -p 26379 info Sentinel

3、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 57031            #Master节点上redis-server的进程号

验证结果

tail -f /var/log/sentinel.log

redis-cli -p 26379 INFO Sentinel 

此时的master变成了20

三、Redis 群集模式

1、什么是Redis集群模式？

• Redis集群模式就是，可以解决写的操作无法负载均衡，存储受到单机限制，以及故障自动切换功能的一种集群。

• 集群由多个节点组成，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，只有主节点复制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。

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、集群模式的数据分片介绍

• Redis集群引入了哈希槽的概念
• Redis集群由16384个哈希槽（编号0-16383）（可能会问）
• 集群的每一个节点负责一部分哈希槽
• 每个key通过CRC算法后对16384取余来决定放置哪个槽位。
• 再通过这个槽找到对应的节点，然后直接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。

如果有新的master节点中加入，那么槽位该怎么分呢？

• cluster集群会将现有的每个slot移除一部分，每个master移除的solt加起来等于自己等下的即可，然后将槽位给到新加的master中。

slave节点怎么复制master节点的？

• 每个slave节点对应着自己的master，不仅同步的是master的数据，还同步master的槽位，当master宕机后，salve立马上来进行顶替。
• 如果slave节点也挂了，并且master节点还没有修复，那么有一整个16384个槽位缺少了这一部分，就导致整个集群无法使用。

4、Redis集群模式部署

Redis集群一般需要6个节点，三主三从。本次实验使用一台设备模拟三主三从。

Redis集群是基于Redis的，在实验前需要先在服务器上部署好Redis服务

在服务器上配置6个redis服务

执行脚本复制配置文件及程序到目录中

#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。

注意要修改端口号

#69行，注释掉bind 项，默认监听所有网卡

#88行，修改，关闭保护模式

#92行，修改，redis监听端口

#136行，开启守护进程，以独立进程启动

#832行，取消注释，开启群集功能

#840行，取消注释，群集名称文件设置

#846行，取消注释群集超时时间设置

#700行，修改，开启AOF持久化

#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

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

启动redis 节点

编写脚本一键执行

查看服务是否启动

#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。

#若使用6台服务器，此处节点ip请换为自己真实ip即端口号

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) 5461
   2) (integer) 10922                                    #哈希槽编号范围
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6003                                    #主节点IP和端口号
      3) "fdca661922216dd69a63a7c9d3c4540cd6baef44"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6004                                    #从节点IP和端口号
      3) "a2c0c32aff0f38980accd2b63d6d952812e44740"     第一组：主为6003，从为6004
2) 1) (integer) 0
   2) (integer) 5460
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6001
      3) "0e5873747a2e26bdc935bc76c2bafb19d0a54b11"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6006
      3) "8842ef5584a85005e135fd0ee59e5a0d67b0cf8e"        第二组：主为6001，从为6006
3) 1) (integer) 10923
   2) (integer) 16383
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6002
      3) "816ddaa3d1469540b2ffbcaaf9aa867646846b30"        
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6005
      3) "f847077bfe6722466e96178ae8cbb09dc8b4d5eb"    第三组：主为6002，从为6005

在6001上创建一个键值对

查看name键的槽编号

#对应的slave节点也有这条数据，但是别的节点没有