Redis第三篇——集群

Posted 2022-11-08 搬砖小松鼠

前面两篇已经对Redis的基本数据类型，Redis的过期和持久化策略进行了讲述，但即便拥有了恢复的能力，而在故障恢复的这段时间服务也是完全挂掉不可用，对于一个高可用的系统来说，这是完全不能接受的，因此我们要告别单兵作战时代，看看Redis是如何进行集群作战的

主从复制

Redis主从关系是通过slaveof命令来实现的，调用slaveof命令的服务器为从服务器，命令的参数是主服务器。从服务器通过复制来从主服务器获取数据，复制包含两个过程：同步（sync）和命令传播两个操作：

同步：将从服务器的数据状态更新为主服务器当前所处的状态

命令传播：当主服务器数据被修改时，将修改的命令应用到从服务器

同步

同步分为完全同步和部分同步，完全同步通过sync命令完成，部分同步通过psync来实现

sync

（1）从服务器向主服务器发送sync命令

（2）主服务器执行bgsave命令，生成rdb文件，并使用一个缓冲区开始记录这一期间执行的写命令

（3）主服务将rdb文件发给从服务器，从服务器对数据进行载入

（4）主服务器将期间的命令发给重服务器，从服务器执行这些命令

后面就开始进入命令传播阶段

psync

从服务器有两种情况，一种是新服务器上线初始复制和断线重连，对于初次上线sync可以很好的工作，但是对于断线重连，可能大部分数据都是相同，此时在用RDB文件进行重建效率比较低。而psync命令具有完成重同步和部分重同步的功能。

完全重同步的过程和sync一样，部分重同步需要以下三个部分的信息：主服务器和从服务器的复制偏移量，主服务器的复制积压缓冲区、服务器运行ID(run ID)。

复制积压缓冲区是一个FIFO的队列，默认大小为1MB，用于保存最近的命令，当从服务器断线重连之后，可以比较自己的偏移量在缓存区中还有没有，如果没有需要完全重同步，如果从服务器保存的主服务器的run Id和当前主服务器不一致，也需要完全重同步（说明主服务器已经变了）

主从复制虽然完成了主从服务器之间的最终一致性，但没有自动故障转移和恢复的能力

Sentinel

Sentinel（哨兵）是Redis高可用的解决方案，由一个或多个Sentinel实例组成Sentinel系统来监控集群的状态，并自动完成故障转移、选主和恢复的能力。

Sentinel是一种特殊的Redis实例，其上不存储数据，只存储节点状态信息，并与其它Sentinel节点进行通信和数据交换。

Sentinel会与每个主/从服务器建立命令连接和订阅连接。会每10s通过命令连接向主/从服务器发送info命令，来从主服务器获取主服务器和其从服务器的状态，也会从从服务器获取其主服务器的状态信息。

Sentinel会以每2秒依次对从服务器hello频道发送命令信息，监控统一服务器的其它Sentinel因为也订阅了这个服务器的hello频道，所以也会收到该消息（基于这样订阅关系，来更新对监控服务器的认知），同时Sentinel也会对消息来源没有建立的Sentinel建立命令连接，这样所有监控统一服务器的Sentinel之间也能够相互通信了。

主观下线

当一个Sentinel与监控主服务器实例不可达时，就会将该master标记为主观下线

客观下线

向其他Sentinel询问，当从其他Sentinel收到足够数量的下线信息后，会判定服务器为客观下线，并开始故障转移操作

（1）发送命令询问其他Sentinel是否同意下线

（2）其他Sentinel响应

（3）统计下线响应数量，并标记客观下线

选举领头Sentinel

按照先到先得，最新得到半数票的Sentinel单选

故障转移

领头Sentinel对已下线的主服务器开启故障转移

（1）从从服务器选出一个作为主服务器（挑出的服务器执行slave no one）

（2）让已下线的主服务器的所有其他从服务器从属于该服务器

（3）已下线主服务器从属于该服务器

Redis-Cluster

Redis集群是Redis提供的分布式数据库方案，集群通过分片的方式来进行数据共享，并提供复制和故障转移功能。

一个Redis集群由多个节点组成，Redis-Cluster是将数据按照槽来分别分给各个主节点，每个主节点负责一部分的槽，同时保存一份全局其它主节点负责的槽信息来实现请求转发，每个主节点可配置若干从节点来对数据进行复制和故障时选主，Redis集群整个数据库被分为16384（2的14次方）个槽。

重新分片

Redis集群的重分片由redis-trib实现，就是将待迁移的槽中的所有节点都迁移到新节点上的过程。在迁移过程中如果访问的节点被迁移了，会向客户端发送ack错误来指引到新节点进行访问， ACK错误是一次性的，下次对该槽的请求仍然会到原节点（因为可能槽中的其它数据还未迁移），而Move指令是永久的（客户端后续的请求都不会到原节点了）

故障检测

集群各节点之间通过ping，pong消息来相互传播服务器的状态。如果一个集群里面，有半数的节点都认为负责处理槽的主节点疑似下线，那么这个主节点将被标记为已下线

故障转移

（1）故障主节点有一个从节点被选中

（2）被选中节点执行slave no one，成为主节点

（3）将原主节点的指派改为自己

（4）广播pong消息，让其他节点知道该节点已经成为主节点

（5）新的主节点处理请求

选主操作

每个故障主节点的从节点向集群中的其它节点广播获取支持，得到半数以上票的从节点当选

几种消息

meet消息：邀请接受者加入当前集群

ping消息：集群每个节点默认每隔一秒从已知节点随机五个进行ping，判断是否在线

pong消息：对ping的回应。还可以通过pong来广播让其他节点刷新对该节点的认知（如选主过程新的主节点）

fail消息：当主节点判断另外一个节点进入fail状态时会广播节点的fail消息

publish消息：执行pushlish命令

其中meet、ping和pong是使用Gossip协议来实现的（通过流言蜚语的扩散传播）