Redis Sentinel：集群Failover解决方案

 Redis sentinel(哨兵)模块已经被集成在redis2.4+的版本中,尽管目前不是release,不过可以尝试去使用和了解,事实上sentinel还是有点复杂的.
   sentinel主要功能就是为Redis M-S(master,slaves)集群提供了1)master存活检测 2)集群中M-S服务监控 3) 自动故障转移,M-S角色转换等能力,从一个方面说是提高了redis集群的可用性.

    一般情况下,最小M-S单元各有一个maste和slave组成,当master失效后,sentinel可以帮助我们自动将slave提升为master;有了sentinel组件,可以减少系统管理员的人工切换slave的操作过程.

    sentinel的一些设计思路和zookeeper非常类似,事实上,你可以不使用sentinel,而是自己开发一个监控redis的zk客户端也能够完成相应的设计要求.

 

一.环境部署

    准备3个redis服务,简单构建一个小的M-S环境；它们各自的redis.conf配置项中,除了port不同外,要求其他的配置完全一样(包括aof/snap,memory,rename以及授权密码等);原因是基于sentinel做故障转移,所有的server运行机制都必须一样,它们只不过在运行时"角色"不同,而且它们的角色可能在故障时会被转换;slave在某些时刻也会成为master,尽管在一般情况下,slave的数据持久方式经常采取snapshot,而master为aof,不过基于sentinel之后,slave和master均要采取aof(通过bgsave,手动触发snapshot备份).

 

   1)  redis.conf：

 

##redis.conf
##redis-0,默认为master
port 6379
##授权密码，请各个配置保持一致
requirepass 012_345^678-90
masterauth 012_345^678-90
##暂且禁用指令重命名
##rename-command
##开启AOF，禁用snapshot
appendonly yes
save “”
##slaveof no one
slave-read-only yes

 

##redis.conf
##redis-1,通过启动参数配置为slave，配置文件保持独立
port 6479
slaveof 127.0.0.1 6379
##-----------其他配置和master保持一致-----------##

 

##redis.conf
##redis-1,通过启动参数配置为slave，配置文件保持独立
port 6579
slaveof 127.0.0.1 6379
##-----------其他配置和master保持一致-----------##

 

    2) sentinel.conf

    请首先在各个redis服务中sentinel.conf同目录下新建local-sentinel.conf,并将复制如下配置信息.

##redis-0
##sentinel实例之间的通讯端口
port 26379
sentinel monitor def_master 127.0.0.1 6379 2
sentinel auth-pass def_master 012_345^678-90
sentinel down-after-milliseconds def_master 30000
sentinel can-failover def_master yes
sentinel parallel-syncs def_master 1
sentinel failover-timeout def_master 900000

 

##redis-1
port 26479
##--------其他配置同上-------##

 

##redis-2
port 26579
##--------其他配置同上-------#

    3) 启动与检测

   

##redis-0(默认为master)
> ./redis-server --include ../redis.conf
##启动sentinel组件
> ./redis-sentinel ../local-sentinel.conf

    按照上述指令,依次启动redis-0,redis-1,redis-2;在启动redis-1和redis-2的时候,你会发现在redis-0的sentinel控制台会输出"+sentinel ..."字样,表示有新的sentinel实例加入到监控.不过此处需要提醒,首次构建sentinel环境时,必须首先启动master机器.

 

    此后你可以使用任意一个"redis-cli"窗口,输入"INFO"命令,可以查看当前server的状态:

   

> ./redis-cli -h 127.0.0.1 -p 6379
##如下为打印信息摘要:
#Replication
role:master
connected_salves:2
slave0:127.0.0.1,6479,online
slave1:127.0.0.1.6579,online

    "INFO"指令将会打印完整的服务信息,包括集群,我们只需要关注"replication"部分,这部分信息将会告诉我们"当前server的角色"以及指向它的所有的slave信息.可以通过在任何一个slave上,使用"INFO"指令获得当前slave所指向的master信息.

 

    "INFO"指令不仅可以帮助我们获得集群的情况,当然sentinel组件也是使用"INFO"做同样的事情.

    当上述部署环境稳定后,我们直接关闭redis-0,在等待"down-after-milliseconds"秒之后(30秒),redis-0/redis-1/redis-2的sentinel窗口会立即打印"+sdown""+odown""+failover""+selected-slave""+promoted-slave""+slave-reconf"等等一系列指令,这些指令标明当master失效后,sentinel组件进行failover的过程.

    当环境再次稳定后,我们发现,redis-1被提升("promoted")为master,且redis-2也通过"slave-reconf"过程之后跟随了redis-1.

    如果此后想再次让redis-0加入集群,你需要首先通过"INFO"指令找到当前的masterip + port,并在启动指令中明确指明slaveof参数:

> ./redis-server --include ../redis.conf --slaveof 127.0.0.1 6479

    sentinel实例需要全程处于启动状态,如果只启动server而不启动相应的sentinel,仍然不能确保server能够正确的被监控和管理.

 

二. sentinel原理

    首先解释2个名词:SDOWN和ODOWN.

• SDOWN:subjectively down,直接翻译的为"主观"失效,即当前sentinel实例认为某个redis服务为"不可用"状态.
• ODOWN:objectively down,直接翻译为"客观"失效,即多个sentinel实例都认为master处于"SDOWN"状态,那么此时master将处于ODOWN,ODOWN可以简单理解为master已经被集群确定为"不可用",将会开启failover.

    SDOWN适合于master和slave,但是ODOWN只会使用于master;当slave失效超过"down-after-milliseconds"后,那么所有sentinel实例都会将其标记为"SDOWN".

   

    1) SDOWN与ODOWN转换过程:

• 每个sentinel实例在启动后,都会和已知的slaves/master以及其他sentinels建立TCP连接,并周期性发送PING(默认为1秒)
• 在交互中,如果redis-server无法在"down-after-milliseconds"时间内响应或者响应错误信息,都会被认为此redis-server处于SDOWN状态.
• 如果2)中SDOWN的server为master,那么此时sentinel实例将会向其他sentinel间歇性(一秒)发送"is-master-down-by-addr <ip> <port>"指令并获取响应信息,如果足够多的sentinel实例检测到master处于SDOWN,那么此时当前sentinel实例标记master为ODOWN...其他sentinel实例做同样的交互操作.配置项"sentinel monitor <mastername> <masterip> <masterport> <quorum>",如果检测到master处于SDOWN状态的slave个数达到<quorum>,那么此时此sentinel实例将会认为master处于ODOWN.
• 每个sentinel实例将会间歇性(10秒)向master和slaves发送"INFO"指令,如果master失效且没有新master选出时,每1秒发送一次"INFO";"INFO"的主要目的就是获取并确认当前集群环境中slaves和master的存活情况.
• 经过上述过程后,所有的sentinel对master失效达成一致后,开始failover.

    2) Sentinel与slaves"自动发现"机制:

    在sentinel的配置文件中(local-sentinel.conf),都指定了port,此port就是sentinel实例侦听其他sentinel实例建立链接的端口.在集群稳定后,最终会每个sentinel实例之间都会建立一个tcp链接,此链接中发送"PING"以及类似于"is-master-down-by-addr"指令集,可用用来检测其他sentinel实例的有效性以及"ODOWN"和"failover"过程中信息的交互.
    在sentinel之间建立连接之前,sentinel将会尽力和配置文件中指定的master建立连接.sentinel与master的连接中的通信主要是基于pub/sub来发布和接收信息,发布的信息内容包括当前sentinel实例的侦听端口:

+sentinel sentinel 127.0.0.1:26579 127.0.0.1 26579 ....

    发布的主题名称为"__sentinel__:hello";同时sentinel实例也是"订阅"此主题,以获得其他sentinel实例的信息.由此可见,环境首次构建时,在默认master存活的情况下,所有的sentinel实例可以通过pub/sub即可获得所有的sentinel信息,此后每个sentinel实例即可以根据+sentinel信息中的"ip+port"和其他sentinel逐个建立tcp连接即可.不过需要提醒的是,每个sentinel实例均会间歇性(5秒)向"__sentinel__:hello"主题中发布自己的ip+port,目的就是让后续加入集群的sentinel实例也能或得到自己的信息.
    根据上文,我们知道在master有效的情况下,即可通过"INFO"指令获得当前master中已有的slave列表;此后任何slave加入集群,master都会向"主题中"发布"+slave 127.0.0.1:6579 ..",那么所有的sentinel也将立即获得slave信息,并和slave建立链接并通过PING检测其存活性.

    补充一下,每个sentinel实例都会保存其他sentinel实例的列表以及现存的master/slaves列表,各自的列表中不会有重复的信息(不可能出现多个tcp连接),对于sentinel将使用ip+port做唯一性标记,对于master/slaver将使用runid做唯一性标记,其中redis-server的runid在每次启动时都不同.

 

   3) Leader选举:

    其实在sentinels故障转移中，仍然需要一个“Leader”来调度整个过程：master的选举以及slave的重配置和同步。当集群中有多个sentinel实例时，如何选举其中一个sentinel为leader呢？

    在配置文件中“can-failover”“quorum”参数，以及“is-master-down-by-addr”指令配合来完成整个过程。

    A) “can-failover”用来表明当前sentinel是否可以参与“failover”过程，如果为“YES”则表明它将有能力参与“Leader”的选举，否则它将作为“Observer”，observer参与leader选举投票但不能被选举；

    B) “quorum”不仅用来控制master ODOWN状态确认，同时还用来选举leader时最小“赞同票”数；

    C) “is-master-down-by-addr”，在上文中以及提到，它可以用来检测“ip + port”的master是否已经处于SDOWN状态，不过此指令不仅能够获得master是否处于SDOWN，同时它还额外的返回当前sentinel本地“投票选举”的Leader信息(runid);

    每个sentinel实例都持有其他的sentinels信息，在Leader选举过程中(当为leader的sentinel实例失效时，有可能master server并没失效，注意分开理解)，sentinel实例将从所有的sentinels集合中去除“can-failover = no”和状态为SDOWN的sentinels，在剩余的sentinels列表中按照runid按照“字典”顺序排序后，取出runid最小的sentinel实例，并将它“投票选举”为Leader，并在其他sentinel发送的“is-master-down-by-addr”指令时将推选的runid追加到响应中。每个sentinel实例都会检测“is-master-down-by-addr”的响应结果，如果“投票选举”的leader为自己，且状态正常的sentinels实例中，“赞同者”的自己的sentinel个数不小于(>=) 50% + 1,且不小与<quorum>，那么此sentinel就会认为选举成功且leader为自己。

    在sentinel.conf文件中，我们期望有足够多的sentinel实例配置“can-failover yes”，这样能够确保当leader失效时，能够选举某个sentinel为leader，以便进行failover。如果leader无法产生，比如较少的sentinels实例有效，那么failover过程将无法继续.

 

    4) failover过程:

    在Leader触发failover之前，首先wait数秒(随即0~5)，以便让其他sentinel实例准备和调整(有可能多个leader??),如果一切正常，那么leader就需要开始将一个salve提升为master，此slave必须为状态良好(不能处于SDOWN/ODOWN状态)且权重值最低(redis.conf中)的，当master身份被确认后，开始failover

    A）“+failover-triggered”: Leader开始进行failover，此后紧跟着“+failover-state-wait-start”，wait数秒。

    B）“+failover-state-select-slave”: Leader开始查找合适的slave

    C）“+selected-slave”: 已经找到合适的slave

    D） “+failover-state-sen-slaveof-noone”: Leader向slave发送“slaveof no one”指令，此时slave已经完成角色转换，此slave即为master

    E） “+failover-state-wait-promotition”: 等待其他sentinel确认slave

    F）“+promoted-slave”：确认成功

    G）“+failover-state-reconf-slaves”: 开始对slaves进行reconfig操作。

    H）“+slave-reconf-sent”:向指定的slave发送“slaveof”指令，告知此slave跟随新的master

    I）“+slave-reconf-inprog”: 此slave正在执行slaveof + SYNC过程，如过slave收到“+slave-reconf-sent”之后将会执行slaveof操作。

    J）“+slave-reconf-done”: 此slave同步完成，此后leader可以继续下一个slave的reconfig操作。循环G）

    K）“+failover-end”: 故障转移结束

    L）“+switch-master”：故障转移成功后，各个sentinel实例开始监控新的master。

三.Sentinel.conf详解

 

##sentinel实例之间的通讯端口
##redis-0
port 26379
##sentinel需要监控的master信息：<mastername> <masterIP> <masterPort> <quorum>
##<quorum>应该小于集群中slave的个数,只有当至少<quorum>个sentinel实例提交"master失效"
##才会认为master为O_DWON("客观"失效)
sentinel monitor def_master 127.0.0.1 6379 2

sentinel auth-pass def_master 012_345^678-90

##master被当前sentinel实例认定为“失效”的间隔时间
##如果当前sentinel与master直接的通讯中，在指定时间内没有响应或者响应错误代码，那么
##当前sentinel就认为master失效(SDOWN，“主观”失效)
##<mastername> <millseconds>
##默认为30秒
sentinel down-after-milliseconds def_master 30000

##当前sentinel实例是否允许实施“failover”(故障转移)
##no表示当前sentinel为“观察者”(只参与"投票".不参与实施failover)，
##全局中至少有一个为yes
sentinel can-failover def_master yes

##当新master产生时，同时进行“slaveof”到新master并进行“SYNC”的slave个数。
##默认为1,建议保持默认值
##在salve执行salveof与同步时，将会终止客户端请求。
##此值较大，意味着“集群”终止客户端请求的时间总和和较大。
##此值较小,意味着“集群”在故障转移期间，多个salve向客户端提供服务时仍然使用旧数据。
sentinel parallel-syncs def_master 1

##failover过期时间，当failover开始后，在此时间内仍然没有触发任何failover操作，
##当前sentinel将会认为此次failoer失败。
sentinel failover-timeout def_master 900000

##当failover时，可以指定一个“通知”脚本用来告知系统管理员，当前集群的情况。
##脚本被允许执行的最大时间为60秒，如果超时，脚本将会被终止(KILL)
##脚本执行的结果：
## 1    -> 稍后重试，最大重试次数为10;
## 2    -> 执行结束，无需重试
##sentinel notification-script mymaster /var/redis/notify.sh

##failover之后重配置客户端，执行脚本时会传递大量参数，请参考相关文档
# sentinel client-reconfig-script <master-name> <script-path>