redis主从复制、哨兵与集群

目录

一、概述

二、redis主从复制

1、概念

2、主从复制的作用

3、主从复制流程

4、搭建Redis 主从复制实验

①在三台服务器上安装redis

（1）关闭防火墙和安全机制

（2）修改内核参数

（3）安装redis

（4）创建redis工作目录

（5）准备环境变量

（6）定义systemd服务管理脚本

②修改 Redis 配置文件

③测试主从复制

三、 Redis 哨兵模式

1、概述

2、哨兵模式的作用

3、哨兵模式组成

4、哨兵模式工作原理

5、主节点的选举

6、搭建Redis 哨兵模式

①关闭防火墙和安全机制

②修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

7、启动哨兵模式

8、查看哨兵信息

9、故障模拟

①在master节点设置VIP

②编写故障转移脚本

③修改配置文件

④复制配置文件和脚本文件到从服务器上

⑤在所有节点上重新启动哨兵

⑥关闭主节点redis程序进行测试

四、Redis 群集模式

1、概述

2、集群的作用

3、Redis集群的数据分片

4、Redis集群的主从复制模型

5、搭建Redis 群集模式

①创建工作目录

②在每个工作目录中准备redis配置文件和客户端、服务端工具

③修改配置文件

④启动redis节点

⑤将redis节点加入集群中（启动集群）

⑥测试

五、Cluster 集群增加节点动态扩容

1、准备工作目录和文件

2、修改两个新的配置文件

3、启动两个新的redis节点

4、将两个新的节点加入到集群中

5、将两个新节点中的一个设置为从

6、给新的节点分配哈希槽

---

一、概述

●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、概念

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、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多机备份数据冗余方式。

●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、主从复制流程

①首次同步：当从节点要进行主从复制时，它会发送一个SYNC命令给主节点。主节点收到SYNC命令后，会执行BGSAVE命令来生成RDB快照文件，并在生成期间使用缓冲区记录所有写操作。

②快照传输：当主节点完成BGSAVE命令并且快照文件准备好后，将快照文件传输给从节点，并且在发送过程中，主节点会继续将新的写操作缓冲到内存中。

③追赶复制：当从节点收到快照文件后，会加载快照文件并应用到自己的数据集中。一旦快照文件被加载，从节点会向主节点发送一个PSYNC命令，以便获取缓冲区中未发送的写操作。

④增量复制：主节点收到PSYNC命令后，会将缓冲区中未发送的写操作发送给从节点，从节点会执行这些写操作，保证与主节点的数据一致性。此时，从节点已经追赶上了主节点的状态。

⑤同步：从节点会继续监听主节点的命令，并及时执行主节点的写操作，以保持与主节点的数据同步。主节点会定期将自己的操作发送给从节点，以便从节点保持最新的数据状态。

注意:当slave首次同步或者宕机后恢复时,会全盘加载，以追赶上大部队，即全量复制

4、搭建Redis 主从复制实验

Master节点：192.168.130.10

Slave1节点：192.168.130.20

Slave2节点：192.168.130.30

①在三台服务器上安装redis

（1）关闭防火墙和安全机制

systemctl disable --now firewalld

setenforce 0

（2）修改内核参数

vim /etc/sysctl.conf

vm.overcommit_memory = 1

net.core.somaxconn = 2048

sysctl -p

（3）安装redis

yum install -y gcc gcc-c++ make           #安装依赖环境

tar xf redis-7.0.13.tar.gz                        #解压安装包

cd redis-7.0.13/                                     #进入解压后的安装包目录

make                                                     #开始编译

make PREFIX=/usr/local/redis install    #指定安装路径并安装

（4）创建redis工作目录

mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.13/redis.conf  /usr/local/redis/conf/          #复制配置文件到conf工作目录

useradd -M -s /sbin/nologin redis                                       #创建redis的运行用户redis

chown -R redis.redis /usr/local/redis/                                 #改变redis目录的属主

（5）准备环境变量

vim /etc/profile

PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin                #在文件结尾增加一行

source /etc/profile                                        #执行环境变量

（6）定义systemd服务管理脚本

vim /usr/lib/systemd/system/redis-server.service

[Unit]

Description=Redis Server

After=network.target

[Service]

User=redis

Group=redis

Type=forking

TimeoutSec=0

PIDFile=/usr/local/redis/log/redis_6379.pid

ExecStart=/usr/local/redis/bin/redis-server /usr/local/redis/conf/redis.conf

ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID

ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID

PrivateTmp=true

[Install]

WantedBy=multi-user.target

systemctl daemon-reload

②修改 Redis 配置文件

主从节点的相同配置：

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf

从节点的额外配置：

systemctl start redis

③测试主从复制

在主节点插入数据：

去从节点查看是否同步：

三、 Redis 哨兵模式

1、概述

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、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。

3、哨兵模式组成

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。

4、哨兵模式工作原理

（1）每个哨兵都会定时探测主节点、从节点、及其它哨兵节点的运行状态

（2） 当哨兵节点探测主节点异常，则认为主节点主观下线

（3）当超过指定数量的哨兵节点认为主节点主观下线，则认定主节点客观下线

（4）哨兵节点会通过raft算法选举出leader，再由leader负责故障转移和通知

（5）将一个从节点提升为新的主节点，让其它从节点指向新的主节点做主从复制

（6）写VIP也会漂移到新的主节点上

（7）原主节点恢复后也会自动变成从节点指向新的主节点做主从复制

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。

5、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。

6、搭建Redis 哨兵模式

Master节点：192.168.130.10

Slave1节点：192.168.130.20

Slave2节点：192.168.130.30

①关闭防火墙和安全机制

systemctl disable --now firewalld

setenforce 0

②修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

cp /opt/redis-7.0.13/sentinel.conf  /usr/local/redis/conf/          #复制哨兵模式配置文件
chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf              #修改配置文件的属主属组

vim /usr/local/redis/conf/sentinel.conf

7、启动哨兵模式

先启master，再启slave

cd /usr/local/redis/conf/

redis-sentinel sentinel.conf 

8、查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

9、故障模拟

①在master节点设置VIP

②编写故障转移脚本

#!/bin/bash

NEW_MASTERIP=$6
OLD_MASTERIP="$(ifconfig ens33 | awk 'NR==2{print $2}')"
VIP="192.168.130.200"

if [ "$NEW_MASTERIP" = "$OLD_MASTERIP" ]; then
   ifconfig ens33:1 ${VIP}/24
   exit 0

else
   ifconfig ens33:1 down
   exit 0
fi

exit 1

chmod +x failover.sh

chown redis.redis failover.sh

③修改配置文件

vim sentinel.conf

④复制配置文件和脚本文件到从服务器上

scp failover.sh sentinel.conf 192.168.130.20:`pwd`
scp failover.sh sentinel.conf 192.168.130.30:`pwd`
chown redis. failover.sh sentinel.conf

⑤在所有节点上重新启动哨兵

killall redis-sentinel

redis-sentinel ./sentinel.conf

⑥关闭主节点redis程序进行测试

查看Master 节点上的redis-server进程号

使用kill -9杀死 Master 节点上redis-server的进程号

tail -f /usr/local/redis/log/sentinel.log

redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

四、Redis 群集模式

1、概述

集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。

集群由多组节点(Node)组成，Redis的数据分布在这些节点中。集群中的每个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

（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，实现了写的负载均衡，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）

集群的每组节点负责一部分哈希槽，每个Key通过CRC16校验后得出一个数值，再通过得出的数值对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 群集模式

redis的集群一般需要6个节点，3主3从。方便起见，这里所有节点在同一台服务器上模拟：

以端口号进行区分：3个主节点端口号：6001/6002/6003，对应的从节点端口号：6004/6005/6006。

①创建工作目录

②在每个工作目录中准备redis配置文件和客户端、服务端工具

for i in {6001..6006};

do

cp redis.conf src/redis-cli src/redis-server /usr/local/redis/redis-cluster/redis$i;

done

③修改配置文件

vim /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf

for i in {6002..6006};

do

\cp -f redis6001/redis.conf redis$i;

done
#复制修改好的redis6001中的配置文件到其余的节点目录中

接下来再把剩余6002到6006目录中的配置文件所对应的端口号修改即可：

④启动redis节点

⑤将redis节点加入集群中（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 12.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.1:6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1

⑥测试

五、Cluster 集群增加节点动态扩容

redis属于非关系型数据库，拓展方式是横向拓展，需要添加机器设备来是实现拓展。

1、准备工作目录和文件

2、修改两个新的配置文件

3、启动两个新的redis节点

4、将两个新的节点加入到集群中

将节点加入到集群有两种方法：

redis-cli -p 6001 --cluster add-node 127.0.0.1:6007 127.0.0.1:6008       #在命令行中添加

或

redis-cli -p 6001 -c

cluster meet 127.0.0.1 6007

cluster meet 127.0.0.1 6008                                                                    #进入集群中添加

5、将两个新节点中的一个设置为从

6、给新的节点分配哈希槽