Redis 高可用之主从复制哨兵模式集群模式
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Redis 高可用之主从复制哨兵模式集群模式相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
前言
一、Redis主从复制
- 持久化是 Redis主从复制的基础。
- 主从复制又是 Redis高可用的基础（是哨兵模式、集群模式的基础）
1.1 Redis主从复制的概念
Redis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。（主从复制只对主负责，从坏掉了没办法。）
- 默认情况下，每台Redis服务器都是主节点；
- 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。
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。
1.2 Redis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。
1.3 Redis主从复制的流程
- 第一步：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。
- 第二步：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（即执行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。（即持久化）
- 第三步：后台进程完成缓存操作之后，Maste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，Master会重新加载数据文件发送给Slave端机器。
- 第四步：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。
1.4 Redis主从复制的搭建
1.4.1 环境准备，在主从服务器上安装Redis 服务
使用redis软件包版本：redis-5.0.7.tar.gz
环境准备
| 主机 | 操作系统 | IP地址 | 安装包 |
|---|---|---|---|
| Master | CentOS7 | 192.168.10.101 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave1 | CentOS7 | 192.168.10.10 | redis-5.0.7.tar.gz |
| Slave2 | CentOS7 | 192.168.10.111 | redis-5.0.7.tar.gz |
hostnamectl set-hostname master #可以给每台主机修改不同的主机名
#关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
yum install -y gcc gcc-c++ make
cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.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
......
#回车四次后，输入，回车
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
比如从服务器192.168.10.10 验证安装并启动 redis 服务
1.4.2 修改Master节点Redis配置文件
Master：192.168.10.101
vim /etc/redis/6379.conf
#70行，【修改】bind 项，0.0.0.0 即 监听所有网段
bind 0.0.0.0
#137行，开启守护进程
daemonize yes
#172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行，指定工作目录，持久化文件保存的目录
dir /var/lib/redis/6379
#700行，【修改】开启AOF持久化功能
appendonly yes
/etc/init.d/redis_6379 restart
其他几项默认即可，重启服务
1.4.3 修改Slave节点Redis配置文件
默认情况下redis充当slave角色的只能读不能写。
Slave：192.168.10.10、192.168.10.111
vim /etc/redis/6379.conf
#70行，【修改】bind 项，0.0.0.0监听所有网卡
bind 0.0.0.0
#137行，开启守护进程
daemonize yes
#172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行，指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#288行，【修改】指定要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.10.101 6379
#700行，【修改】开启AOF持久化功能
appendonly yes
/etc/init.d/redis_6379 restart
可以通过 scp 命令将配置文件发送给另一台 slave 服务器
重启两台slave 服务
登录redis 客户端，会发现两台从服务器只能读不能写
验证主从效果
Master：192.168.10.101
在Master节点上看日志
tail -f /var/log/redis_6379.log
分别在Master、Slave节点上验证从节点
redis-cli info replication
二、Redis 哨兵模式
-
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。实现了自动化的故障恢复
-
缺陷：写操作无法负载均衡（会由集群解决这个问题）；存储能力受到单机的限制。
拜占庭将军问题：在点对点通信中，在不可靠信道上试图通过消息传递方式达到一致性是不可能的。
2.1 哨兵模式的原理
哨兵就是用来监控主从，从Redis下线不处理，主Redis下线需要处理，就要通过投票选一个从作为主，哨兵数需要是奇数，票数最高的作为主，其他的从去连接新的主。
- 哨兵(sentinel)：是一个分布式系统，用于对主从结构中的每台服务器进行监控，当出现故障时 通过投票机制选择新的 Master 并将所有 Slave 连接到新的 Master。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。
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，并让其他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。
2.2 哨兵模式的结构
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。
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，所有节点上都需要部署哨兵模式，
哨兵模式会监控所有的 Redis 工作节点是否正常，当 Master 出现问题的时候，因为其他节点与主节点失去联系，因此会投票，投票过半就认为这个 Master 的确出现问题，然后会通知哨兵间，然后从 Slaves 中选取一个作为新的 Master。
注意：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。
2.3 部署哨兵模式
接着上面搭建好的主从复制环境基础上进行实验：
哨兵模式的配置文件是：sentinel.conf
哨兵模式的默认端口是 26379
2.3.1 修改 Redis 配置文件（所有节点操作）
Master：192.168.10.101
Slave1：192.168.10.10
Slave2：192.168.10.111
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
#17行，关闭保护模式，放开注释【修改】
protected-mode no
#21行，Redis哨兵默认的监听端口
port 26379
#26行，指定sentinel为后台启动
daemonize yes
#36行，指定日志存放路径【修改】
logfile "/var/log/sentinel.log"
#65行，指定数据库存放路径【修改】
dir "/var/lib/redis/6379"
#84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.10.101:6379 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 monitor mymaster 192.168.10.101 6379 2
#113行，判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒（30秒）
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
#146行，故障节点的最大超时时间为180000（180秒）
sentinel failover-timeout mymaster 180000
2.3.2 启动哨兵模式
- 先启动 Master 再启动 Slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf & #后台运行
Master 上执行，查看哨兵模式信息
redis-cli -p 26379 info Sentinel
故障模拟
首先在 Master 上查看redis 有关的进程
Master：192.168.10.101
#查看redis-server进程号
ps aux | grep redis
#查看日志，哨兵模式配置时指定的 哨兵日志文件
tail -f /var/log/sentinel.log
#杀死 Master 节点上 redis-server的进程号，模拟故障
kill -9 49644 #Master节点上redis-server的进程号(会变)
验证结果
在 Master 上查看日志
tail -f /var/log/sentinel.log
查看新的 哨兵模式信息，发现 主服务器已经切换了
redis-cli -p 26379 info Sentinel
会修改从配置文件中指定的Mster的主机
并在配置文件末尾添加记录。
三、Redis 群集模式
3.1 Redis群集的概念
- 集群，即 Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。
- 集群由多个节点(Node)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。.
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，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。
3.2 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）
- 集群的每个节点负责一部分哈希槽
- 每个Key通过 CRC16 校验后对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
集群与主从：
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
3.3 搭建Redis 群集模式
Redis的集群一般需要6个节点，3主3从。
因为Redis集群模式可以指定端口，所以可以准备六台安装了Redis 机器来做群集，为了方便练习也可以在一台机器上通过修改6个不同端口对应的不同配置文件来达到效果。
Master1 | 192.168.10.10:7001
Master2 | 192.168.10.10:7002
Master3 | 192.168.10.10:7003
Slave1 | 192.168.10.10:7004
Slave2 | 192.168.10.10:7005
Slave3 | 192.168.10.10:7006
3.3.1 创建并复制相关文件
#创建文件，文件名要根据端口创建，方便区别
cd /etc/redis/
#创建redis目录
for i in {1..6}
> do
> mkdir -p redis-cluster/redis700$i
> done
#拷贝客户端和server服务文件到服务目录中
for i in {1..6}
> do
> cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis700$i/
> done
#拷贝配置文件到服务目录中
for i in {1..6}
> do
> cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis700$i/
> done
3.3.2 修改配置文件，开启群集功能
所有目录中的文件都需要修改
cd /etc/redis/redis-cluster/redis7001 - #7001 - 7006
vim redis.conf
#69行，修改bind项，监听自己的IP 如192.168.10.10 或 127.0.0.1
bind 127.0.0.1
#88行，修改，关闭保护模式
protected-mode no
#92行，修改，redis监听端口
port 7001 # 7001-7006
#136行，以独立进程启动
daemonize yes
#699行，修改，开启AOF持久化
appendonly yes
#832行，取消注释，开启群集功能
cluster-enabled yes
#840行，取消注释，修改，群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6371.conf
#846行，取消注释，群集超时时间设置
cluster-node-timeout 15000
保存
快速复制修改其他5个目录
7002-7006
3.3.3 启动redis节点
所有节点
#每台服务器进入对应的文件中，执行命令
for i in {1..6}
> do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis700$i/
> redis-server redis.conf
> done
ps -ef | grep redis
启动集群
redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 127.0.0.1:7006 --cluster-replicas 1
测试群集
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7001 -c #加-c参数，节点之间就可以互相跳转
#进入客户端输入
cluster slots #查看节点的哈希槽编号范围
set myname duan
cluster keyslot myname #查看myname键的槽编号
以上是关于Redis 高可用之主从复制哨兵模式集群模式的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
高可用集群架构——redis的主从复制与哨兵模式，cluster
Redis高可用集群方案（主从复制，哨兵模式，Redis集群)