redis主从复制

Posted 2021-07-04 小刘你最强

redis主从复制

主从复制简介

互联网“三高”架构

• 高并发
• 高性能
• 高可用

为了避免单点redis服务器故障，准备多台服务器，互相连通。将数据复制多个副本保存在不同的服务器上，连接在一起，并保证数据是否同步，即使有其中一台服务器宕机，其他服务器依然可以继续提供服务，实现redis的高可用，同时实现数据冗余备份。

多态服务器连接方案

• 提供多数据方：master
  主服务器，主节点，主库
  主客户端

• 接受数据方：slave
  从服务器，从节点，从库
  从客户端

• 需要解决的问题
  数据同步

• 核心工作
  master的数据复制到slave中

主从复制

主从复制即将master中的数据即时、有效的复制到slave中
特征：一个master可以拥有多个slave，一个slave只对应一个master
职责：

• master
  写数据
  执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到slave
  读数据（可忽略）

• slave
  读数据
  写数据（禁止）

高可用集群

主从复制的作用

• 读写分离：master写，slave读，提高服务器的读写负载能力
• 负载均衡：基于主从结构，配合读写分离，有slave分担master负载，并根据需求的变化，改变slave的数量，通过多个从节点分担数据读取负载，大大提高redis服务器并发量与数据吞吐量
• 故障恢复：当master出现问题时，有slave提供服务，实现快速的故障恢复
• 数据冗余：实现数据热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式
• 高可用基石：基于主从复制，构建哨兵模式与集群，实现redis的高可用方案

主从复制工作流程

总述

主从复制过程大体可以分为3个阶段

• 建立连接节点（即准备阶段）
• 数据同步阶段
• 命令传播阶段

阶段一：建立连接

建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号

建立连接工作流程

1. 设置master的地址和端口号，保存master信息
2. 建立socket连接
3. 发送ping命令（定时器任务）
4. 身份验证
5. 发送slave端口信息
6. 至此，主从连接成功

状态：

slave：保存master的地址和端口
master：保存slave的端口
总体：之间创建了连接的socket

主从连接（slave连接master）

方式一：客户端发送命令

slaveof <masterip> <masterport>

方式二：启动服务器参数

redis-server -slaveof <masterip> <masterport>

方式三：服务器配置

slaveof <masterip> <masterport>

主从断开连接

客户端发送命令

slaveof no one

说明：slave断开连接后，不会删除已有的数据，只是不在接受master的数据。

授权访问

• master配置文件设置密码

requirepass <password>

• master客户端发送命令设置密码

config set requirepass <password>
config get requirepass

• slave客户端发送命令设置密码

auth <password>

• slave配置文件设置密码

masterauth <password>

• 启动客户端设置密码

redis-cli -a <password>

阶段二：数据同步

• 在slave初次连接master后，复制master中的所有数据到slave
• 将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态

数据同步阶段工作流程

1. 请求同步
2. 创建RDB同步数据
3. 恢复RDB同步数据
4. 请求部分同步数据
5. 恢复部分同步数据
6. 至此，数据同步工作完成

状态：

slave：具有master端全部数据，包含RDB过程接收的数据
master：保存slave当前数据同步的位置
总体：之间完成了数据克隆

数据同步阶段master说明

1. 如果master数据量巨大，数据同步阶段应该避免流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常执行
2. 复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长，进行部分赋值时发现数据已经存在丢失的情况，必须进行第二次全量复制，致使slave陷入死循环状态,修改缓冲区大小操作如下

   repl-backlog-size lmb
   

3. master单机内存占用主机内存的比例不应过大，建议使用50-70%的内存，留下30-50%的内存用于执行bgsave命令和创建复制缓冲区

数据同步阶段slave说明

1. 为避免slave进行全量复制、部分复制时服务器响应阻塞或数据不同步，建议关闭此期间的对外服务

   slave-server-stale-data yes|no
   

2. 数据同步阶段，master发送给slave信息可以理解master是slave的一个客户端，主动向slave发送命令
3. 多个slave同时对master请求数据同步，master发送的RDB文件增多，会对带宽造成巨大冲击，如果master宽带不足，因此数据同步需要根据业务需求，适量错峰。
4. slave过多时，建议调整拓扑结构，由一主多从结构变为树状结构，中间接待你即是master,也是slave。注意使用树状结构时，由于层级深度，导致深度越高的slave与最顶层master间数据同步延迟较大，数据一致性变差，应谨慎选择

阶段三：命令传播

实时的数据同步

• 当master数据库状态被修改后，导致主从服务器数据库状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的状态，同步的动作称为命令传播
• master将接收到的数据变更命令发送给slave，slave接收命令后执行命令

命令传播阶段的部分复制

部分复制的三个要素

• 服务器运行id（run id）
• 主服务器的复制积压缓冲区
• 主从服务器的复制偏移量

服务器运行ID（runid）

概念：服务器运行ID是每一台服务器每次运行的身份识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id

组成：运行id由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符，例如：fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce

作用：运行id被用于在服务器间进行传输，识别身份。如果想两次操作均对同一台服务器进行，必须每次操作携带对应的运行id，用于对方识别。

实现方式：运行id在每台服务器启动时自动生成的，master在首次连接slave时，会将自己的运行ID发送给slave，slave保存此ID，通过info Server命令，可以查看节点的runid

复制缓冲区

概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出（FIFO）的队列，用于存储服务器执行过的命令，每次传播命令，master都会将传播的命令记录下来，并存储在复制缓冲区。
复制缓冲区默认数据存储空间大小是1M，由于存储空间大小是固定的，当入队元素的数量大于队列长度时，最先入队的元素会被弹出，而新元素会被放入队列。

由来：每台服务器启动时，如果开启有AOF或被连接成为master节点，即创建复制缓冲区。

作用：用于保存master收到的所有指令（仅影响数据变更的指令，例如set，select）

数据来源：当master接收到主客户端的指令时，除了将指令执行，会将该指令存储到缓冲区中

组成

• 偏移量
• 字节值

工作原理

• 通过offset区分不同的slave当前数据传播的差异
• master记录已发送的信息对应的offset
• slave记录已接收的信息对应的offset

主从服务器复制偏移量（offset）

概念：一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置

分类：

• master复制偏移量：记录发送给所有slave的指令字节对应的位置（多个）
• slave复制偏移量：记录slave接受master发送过来的指令字节对应的位置（一个）

数据来源：

• master端：发送一次记录一次
• slave端：接收一次记录一次

作用：同步信息，对比master与slave的差异，当slave断线后，恢复数据使用

心跳机制

进入命令传播阶段候，master与slave间需要进行信息交换，使用心跳机制进行维护，实现双方连接保持在线

master心跳：

• 指令：PING
• 周期：由repl-ping-slave-period决定，默认10秒
• 作用：判断slave是否在线
• 查询：INFO replication      获取slave最后一次连接时间间隔，lag项维持在0或1视为正常

slave心跳任务

• 指令：REPLCONF ACK {offset}
• 周期：1秒
• 作用1：汇报slave自己的复制偏移量，获取最新的数据变更指令
• 作用2：判断master是否在线