NoSQL 之Redis主从复制哨兵和集群介绍及详细搭建步骤

Posted 2021-08-13 码海小虾米_

Redis主从复制、哨兵和集群

• 一、主从复制
• • 1.1 主从复制的概念
  • 1.2 主从复制的作用
  • 1.3 主从复制的流程
  • 1.4 部署Redis 主从复制步骤
  • 1.5 部署Redis 主从复制的具体操作步骤（实操）
• 二、哨兵模式
• • 2.1 哨兵模式的原理
  • 2.2 哨兵模式的作用
  • 2.3 哨兵模式的结构
  • 2.4 哨兵模式的部署
  • 2.5 哨兵模式部署的具体操作步骤（实操）
• 三、集群模式
• • 3.1 集群模式的作用
  • 3.2 集群模式的数据分片
  • 3.3 集群模式的主从复制模型
  • 3.4 Redis 集群部署步骤
  • 3.5 Redis 集群部署的具体操作步骤（实操）

一、主从复制

1.1 主从复制的概念

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。

1.2 主从复制的作用

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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 主从复制的流程

1. 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。
2. 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(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。
3. 后台进程完成缓存操作之后，Master 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。
4. 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 部署Redis 主从复制步骤

环境准备工作：

服务器类型	系统和IP地址	需要安装的组件	其他
master服务器	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.10	redis-5.0.7.tar.gz	需要使用yum在线源
slave服务器1	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.20	redis-5.0.7.tar.gz	需要使用yum在线源
slave服务器2	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.30	redis-5.0.7.tar.gz	需要使用yum在线源

1）首先要搭建redis，在之前的博客写过， 具体可参考：NoSQL之 Redis配置与优化中的第三节：redis的安装和部署！

安装完成如下图所示：

2）关闭防火墙

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

3）修改master主配置文件

-----------修改Redis 配置文件(Master节点操作) ----------
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0         			   #70行，注释掉bind项，或修改为0.0.0.0,默认监听所有网卡
daemonize yes         			   #137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log    #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379            #264行，指定工作目录
appendonly yes       			   #700行，开启AOF持久化功能

/etc/init.d/redis_6379 restart

4）修改slave1和slave2主配置文件

-----------修改Redis 配置文件(Slave节点操作)------------
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0        				 #70行，修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes       				 #137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log      #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379              #264行，指定工作目录
replicaof 192.168.80.10 6379         #287行，取消注释并指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes       				 #700行，开启AOF持久化功能

/etc/init.d/redis_6379 restart

5）验证主从效果

-------------验证主从效果-------------
在Master节点上看日志:
tail -f /var/log/redis_6379.log

在Master节点上验证从节点:
redis-cli
127.0.0.1:6379> info replication

1.5 部署Redis 主从复制的具体操作步骤（实操）

1）修改master主配置文件，并重启



2）修改slave1和slave2主配置文件，并重启

3）验证主从效果

日志验证：

redis内验证：

创建数据验证：

二、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。

2.1 哨兵模式的原理

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。

2.2 哨兵模式的作用

1. 监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
2. 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。
3. 通知(提醒)：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

2.3 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。

1. 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。
2. 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。

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。

2.4 哨兵模式的部署

1）所有节点修改哨兵模式的配置文件

--------修改Redis哨兵模式的配置文件(所有节点操作) --------
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
protected-mode no     #17行，关闭保护模式
port 26379            #21行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes         #26行，指定sentinel为后台启动
logfile "/var/log/sentinel.log"     #36行，指定日志存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"           #65行，指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.80.10 6379 2        #84行， 修改
指定该哨兵节点监控192.168.80.10:6379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 down-after-milliseconds mymaster 30000   #113行,判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒(30秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000        #146行，故障节点的最大超时时间为180000 (180秒 )

2）启动哨兵模式

----------启动哨兵模式-----------------
注意：先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

3）查看哨兵信息

-----------查看哨兵信息------------------
redis-cli -p 26379 info Sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.80.10:6379,slaves=2,sentinels=3

4）故障模拟

---------故障模拟--------------
#查看redis-server进程号（在Master 上进行）:
ps -ef | grep redis
root      16913      1  0 19:12 ?        00:00:20 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      18991      1  0 22:37 ?        00:00:02 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      19141  16668  0 22:50 pts/1    00:00:00 grep --color=auto redis

#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 57521      #Master节点上redis-server的进程号

5）验证master是否切换

#验证结果，查看master是转换至从服务器
tail -f /var/log/sentinel.log

#在Slave1上查看是否转换成功
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.80.20:6379,slaves=2,sentinels=3

2.5 哨兵模式部署的具体操作步骤（实操）

1）所有节点修改哨兵模式的配置文件

2）启动哨兵模式（先master后slave）

3）查看哨兵信息

4）故障模拟

获取redis的pid

杀死 Master 节点上redis-server的进程号

5）验证master是否切换

master上查看日志

slave上查看是否转换成功

三、集群模式

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。

3.1 集群模式的作用

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 集群模式的数据分片

• 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

3.3 集群模式的主从复制模型

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位为主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。

3.4 Redis 集群部署步骤

环境准备工作：

服务器类型	系统和IP地址	需要安装的组件	节点端口
master服务器	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.10	redis-5.0.7.tar.gz	6001
master服务器	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.20	redis-5.0.7.tar.gz	6002
master服务器	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.30	redis-5.0.7.tar.gz	6003
slave服务器	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.40	redis-5.0.7.tar.gz	6004
slave服务器	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.50	redis-5.0.7.tar.gz	6005
slave服务器	CentOS7.4(64 位) 192.168.80.60	redis-5.0.7.tar.gz	6006

1）创建目录复制配置文件到对应的节点上

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

cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}

for i in {1. .6}
do
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
done

2）修改主配置文件，设置开启群集功能

#其他5个文件夹的配置文件以此类推修改，注意6个端口都要不一样。
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
#bind 127.0.0.1         #69行，注释掉bind项，默认监听所有网卡
protected-mode no       #88行，修改，关闭保护模式
port 6001               #92行，修改，redis监听端口
daemonize yes           #136行，开启守护进程，以独立进程启动
appendonly yes          #699行，修改，开启AOF持久化
cluster-enabled yes     #832行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf    #840行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000             #846行，取消注释群集超时时间设置

#可以写一个for循环将6001的文件复制给6002~6006，这样就不需要全部一个一个文件进行修改了
for i in {2..6}
do
/usr/bin/cp -f /etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
done

#之后稍微修改文件即可（修改以下两个配置项）：
92行，修改，redis监听端口
840行，取消注释，群集名称文件设置

3）启动redis节点

# 启动redis节点（方法一）
分别进入那六个文件夹，执行命令: redis-server redis.conf，来启动redis节点
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf

## 使用for循环一键启动所有节点（方法二）
for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done

ps -ef | grep redis

4）启动集群

#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 127.0.0.1:6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1

#六个实例分为三组，每组一主一从，前面的做主节点，后面的做从节点。下面交互的时候需要输入yes 才可以创建。
-replicas 1       #表示每个主节点有1个从节点。

5）测试集群

#测试群集
redis-cli -p 6001 -c              #加-c参数，节点之间就可以互相跳转
127.0.0.1:6001> cluster slots     #查看节点的哈希槽编号范围
1) 1) (integer) 5461
   2) (integer) 10922      #哈希槽编号范围
   3) 1) "127.0.0.1" .
      2) (integer) 6003       #主节点IP和端口号
      3) " fdca661922216dd69a 63a7c9d3c4540cd6baef44"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6004       #从节点IP和端口号
      3) "a2c0c32aff0f38980accd2b63d6d952812e44740"
2) 1) (integer) 0
   2) (integer) 5460
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6001
      3) "0e5873747a2e2 6bdc935bc76c2ba fb19d0a54b11"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6006
      3) "8842ef5584a85005e135fd0ee59e5a0d67b0cf8e"
3) 1) (integer) 10923 
   2) (integer) 16383
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6002
      3) "81 6ddaa3d14 69540b2f fbcaaf9aa867646846b30"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6005
      3) "f847077bfe6722466e96178ae8cbb09dc8b4d5eb"

127.0.0.1:6001> set name zhangsan
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1: 6003
OK

127.0.0.1:6001> cluster keyslot name    #查看name键的槽编号
(integer) 5798

3.5 Redis 集群部署的具体操作步骤（实操）

1）创建目录复制配置文件到对应的节点上

① 创建6个节点目录

② 复制配置文件到对应节点目录中

2）修改主配置文件，设置开启群集功能

3）启动redis节点

可以使用ps -ef | grep redis 查看redis进程

4）启动集群

5）测试集群