Redis数据库主从哨兵群集

Posted 2023-02-28 TaKe___Easy

tags:

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数据库主从哨兵群集相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

redis集群

一、Redis集群理论前言与介绍
- 1.1 前言
- 1.2 Redis群集介绍
二、Redis三种模式
三、实验搭建
四、总结

一、Redis集群理论前言与介绍

1.1 前言

Redis有三种模式，分别是主从同步or复制、哨兵模式、Cluster
在Redis中，实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和集群
持久化
- 持久化是最简单的高可用方法（有些时候会不被归为高可用措施）
- 主要作用是数据备份，也就是将数据存储在硬盘，保证数据不会因进程退出而丢失
主从复制
- 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
- 主从复制缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制
集群
- 通过集群，Redis解决了写操作无法负载均衡以及存储能力受到单机限制的问题，从而实现了较为完善的高可用方案

1.2 Redis群集介绍

Redis是一个开源的Key value存储系统，受到了广大互联网公司的青睐。Redis3.0版本之前只支持单例模式，在3.0版本及以后才支持集群。Redis集群采用P2P模式，是完全去中心化的，不存在中心节点或者代理节点
为了实现集群的高可用，也就是判断节点是否健康（能否正常使用），Redis-cluster有一个投票容错机制
- 判断节点是否宕机：
  当集群中超过半数的节点投票认为某个节点挂了，那么这个节点就挂了（fail）
- 判断集群是否正常：
  如果集群中任意一个节点挂了，而且该节点没有从节点（备份节点），那么这个集群就挂了
- 没有从节点时一个节点挂了，集群就挂了的原因：
  集群因为集群内置了16384个slot（哈希槽），并且把所有的物理节点映射到了这16384（0-16383）个slot上，或者说把这些slot均等的分配给了各个节点，当需要在Redis集群存放一个数据（Key-value）时，Redis会先对这个Key进行crc16算法，然后得到一个结果。再把这个结果对16384进行求余，这个余数会对应（0-16383）其中一个槽，从而决定Key-value存储到哪个节点上。所以一旦某个节点挂了，该节点对应的slot就无法使用，那么就会导致集群无法正常工作
  - 例如（三个节点）
    节点A覆盖0-5460
    节点B覆盖5461-10922
    节点C覆盖10923-16383
    也就等于是每个节点又5460个哈希槽
  - 新增一个节点
    节点A覆盖1365-5460
    节点B覆盖6827-10922
    节点C覆盖12288-16383
    节点D覆盖0-1364,5461-6826,10923-12287
    也就等于是每个节点又4095个哈希槽
- 所以每个Redis集群理论上最多可以有16384个节点

二、Redis三种模式

2.1 主从模式

通过持久化功能，Redis保证了即使在服务器重启的情况下也不会丢失（或少量丢失）数据，因为持久化会把内存中的数据保存到硬盘上，重启会从硬盘上加载数据，但是由于数据是存储在一台服务器上的，如果这台服务器出现硬盘故障等问题，也会导致数据丢失。为了避免单点故障，通常的做法是将数据库复制多个副本部署在不同的服务器上，这样即使有一台服务器出现故障，其他服务器依然可以继续提供服务，为此Redis提供了复制（replication）功能，可以实现当一台数据库中的数据更新后，自动将更新的数据同步到其他数据库上
在辅助的概念中，数据库分为两类，一类是主数据库（master）另一类是从数据库（slave）
- 主数据库可以进行读写操作，当写操作导致数据变化时会自动将数据同步给从数据库
- 从数据库一般是只读的，并接收主数据同步过来的数据。一个主数据库可以拥有多个从数据库，但是一个从数据库只能拥有一个主数据库
主从复制流程图

2.2 哨兵模式

哨兵模式主要功能
- 集群监控：负责监控Redis master和slave进程是否正常工作
- 消息通知：当某个Redis实例有故障，哨兵则会负责发送消息作为报警通知给管理员
- 故障转移：如果master node挂掉了，则会自动转移到slave node上
- 配置中心：如果故障转移发生了，则通知client客户端新的master地址
使用一个或者多个哨兵（sentinel）实例组成新的系统，对redis节点进行监控，在主节点出现故障的情况下，能将从节点中的一个升级为主节点，进行故障转移，从而保证系统的可用性
哨兵监控整个系统节点的过程
- ①.首先主节点的信息时配置在哨兵（Sentinel）配置文件中
- ②.哨兵节点会和配置的主节点建立起两条连接命令，用来连接和订阅连接
  Redis发布订阅（pub/sub）是一种消息通信模式；发送者（pub）发送消息，订阅者（sub）接收消息
- ③.哨兵会通过命令连接每10s发送一次INFO命令，通过INFO命令，主节点会返回自己的run_id和主机的从节点信息
- ④.哨兵会对这些从节点也建立两条连接命令，用来连接和订阅连接
- ⑤.哨兵通过命令连接向从节点发送INFO命令，获取到run_id（redis服务器id）、role（职能）、从服务器的复制偏移量（offset）等等一些信息
- ⑥.通过命令连接向服务器的_sentinel:hello频道发送一条消息，内容包括自己的ip端口、run_id、配置（用于后续投票）等等
- ⑦.通过订阅连接对服务器的_sentinel:hello频道做了监听，所以所有向该频道发送的哨兵的消息都能被接收到
- ⑧.解析监听到的消息，进行分析提取，就可以知道还有哪些别的哨兵服务节点也在监听这些主从节点了，从而更新结构体将这些哨兵节点记录下来
- ⑨.向观察到的其他哨兵节点建立命令连接——没有订阅连接
哨兵模式下的故障迁移
- ①.主观下线
  - 哨兵（Sentinel）节点会每秒一次的频率向建立了命令连接的实例发送PING命令，如果在down-after-milliseconds毫秒内没有做出有效响应，包括（PONG/LOADING/MASTERDOWN）以外的响应，哨兵就会将该实例在本结构体中的状态标记为SRI_S_DOWN主观下线
- ②.客观下线
  - 当一个哨兵节点发现主节点处于主观下线状态时，会向其他的哨兵节点发出询问：该节点是不是已经主观下线了，如果超过配置参数quorum个节点认为是主观下线时，该哨兵节点就会将自己维护的结构体中主节点标记为SRI_O_DOWN客观下线
  - 询问命令Sentinel is-master-down-by-addr
- ③.master选举
  - 在认为主节点客观下线的情况下，哨兵节点与节点之间会发起一次选举（命令为：sentinel is-master-down-by-addr）。只是run_id这次会将自己的run_id带进去，希望接受者将自己设为主节点。如果超过半数以上的节点返回该节点标记为leader的情况下，会由该leader对故障进行迁移
  - ④.故障迁移
    - 在从节点中挑选出新的主节点（通讯正常、优先级排序、优先级相同时选择offset最大的）
    - 将该节点设置成新的主节点slaveof no one，并确保在后续的ingo命令时，该节点返回状态为master
    - 将其他的从节点设置成新的主节点复制（命令：slaveof）
    - 将旧的主节点变成新主节点的从节点
哨兵模式优缺点
- 优点：高可用。哨兵模式是基于主从模式的，所有主从模式的优点，哨兵模式都具有（例如：可以自动切换主从、系统更健壮、可用性更高）
- 缺点：redis比较难支持在线扩容，在群集容量达到上限时在线扩容会变得很复杂

2.3 Cluster群集

redis的哨兵模式基本已经可以实现高可用、读写分离。但是在这种模式中每台redis服务器都存储相同的数据，会很浪费内存资源。所以在redis3.0上加入了Cluster群集模式，实现了redis的分布式存储，也就是说每台redis节点存储着不同的内容
集群部署至少需要3台以上的master节点，最好使用3主3从6个节点的模式
Cluster群集是由多个redis服务器组成的分布式网络服务群集。群集之中有多个master主节点，每一个主节点都可读可写，节点之间会相互通信，两两相连，redis群集无中心节点
在redis-Cluster群集中，可以给每一个主节点添加从节点。主节点和从节点直接遵循主从模型的特性，当用户需要处理更多读请求的时候，可以添加从节点来扩展系统的读性能
redis-Cluster的故障转移
- redis群集的主节点内置了类似redis sentinel的节点故障检测和自动故障转移功能，当群集中的某个主节点下线时，群集中的其他在线主节点会注意到这一点，并且对已经下线的主节点进行故障转移
- 群集故障转移的方法和redis sentinel（哨兵）进行故障转移的方法基本一样。不同的是：在群集里面，故障转移是由群集中其他在线的主节点负责进行的，所以群集不必另外使用redis sentinel

三、实验搭建

3.1 Redis主从复制模式

3.1.1 实验环境

Master节点：192.168.131.11
Slave1节点：192.168.131.12
Slave2节点：192.168.131.13

3.1.2 三台服务器安装Redis5.0.7

[root@localhost ~]# cd /opt/
[root@localhost opt]# systemctl stop firewalld.service 
[root@localhost opt]# setenforce 0
[root@localhost opt]# systemctl disable firewalld.service 
[root@localhost opt]# ls
redis-5.0.7.tar.gz  rh
[root@localhost opt]# tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz 
[root@localhost opt]# cd redis-5.0.7/
[root@localhost redis-5.0.7]# yum -y install gcc gcc-c++ make
[root@localhost redis-5.0.7]# make 
[root@localhost redis-5.0.7]# make PREFIX=/usr/local/redis install 【编译并且编译安装目录为/usr/local/redis】
【由于redis源码包中直接提供了Makefile文件，所以在解压完软件包后，不用再执行./configure进行配置，可直接执行make与make install命令进行安装】


[root@localhost redis-5.0.7]# cd utils/
[root@localhost utils]# ls
build-static-symbols.tcl  create-cluster            hashtable          lru                redis_init_script.tpl  speed-regression.tcl
cluster_fail_time.tcl     generate-command-help.rb  hyperloglog        redis-copy.rb      redis-sha1.rb          whatisdoing.sh
corrupt_rdb.c             graphs                    install_server.sh  redis_init_script  releasetools
[root@localhost utils]# ./install_server.sh   【执行软件包提供的./install_server.sh 脚本文件设置redis服务所需要的相关配置文件】
Welcome to the redis service installer
This script will help you easily set up a running redis server
                    
Please select the redis port for this instance: [6379]                   【回车确认端口号6379】
Selecting default: 6379
Please select the redis config file name [/etc/redis/6379.conf]          【回车确认配置文件目录】
Selected default - /etc/redis/6379.conf
Please select the redis log file name [/var/log/redis_6379.log]          【回车确认日志文件目录】
Selected default - /var/log/redis_6379.log
Please select the data directory for this instance [/var/lib/redis/6379] 【回车确认数据文件目录】
Selected default - /var/lib/redis/6379
【回车到这里的时候需要在[]后面手动输入可执行文件路径（需要一次性输入正确）】
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server
Selected config:
Port           : 6379                                                    【默认侦听端口为6379】
Config file    : /etc/redis/6379.conf                                    【配置文件路径】
Log file       : /var/log/redis_6379.log                                 【日志文件路径】
Data dir       : /var/lib/redis/6379                                     【数据文件路径】
Executable     : /usr/local/redis/bin/redis-server                       【可执行文件路径】
Cli Executable : /usr/local/redis/bin/redis-cli                          【客户端命令工具】
Is this ok? Then press ENTER to go on or Ctrl-C to abort.
Copied /tmp/6379.conf => /etc/init.d/redis_6379
Installing service...
Successfully added to chkconfig!
Successfully added to runlevels 345!
Starting Redis server...
Installation successful!


【把redis的可执行程序文件放入路径环境变量的目录中便于系统识别】
[root@localhost utils]# ln -s /usr/local/redis/bin/ * /usr/local/bin/
【当install_server.sh脚本运行完毕，redis服务就已开启，默认监听端口为6379 】
[root@localhost utils]# netstat -tanp | grep 6379                       【查看tcp协议6379端口是否打开】
tcp        0      0 127.0.0.1:6379          0.0.0.0:*               LISTEN      9796/redis-server 1

3.1.3 Master节点

[root@localhost utils]# vim /etc/redis/6379.conf 
  70 bind 0.0.0.0                         【70行，修改bind选项（0.0.0.0代表监听所有网段）】
 137 daemonize yes                        【137行，开启守护进程】
 172 logfile /var/log/redis_6379.log      【172行，指定日志文件目录】
 264 dir /var/lib/redis/6379              【264行，指定工作目录】
 700 appendonly yes                       【700行，开启AOF持久化功能】
[root@localhost utils]# /etc/init.d/redis_6379 restart   【重启服务】
Stopping ...
Waiting for Redis to shutdown ...
Redis stopped
Starting Redis server...

3.1.4 Slaves节点

[root@localhost utils]# vim /etc/redis/6379.conf 
  70 bind 0.0.0.0                         【70行，修改bind选项（0.0.0.0代表监听所有网段）】
 137 daemonize yes                        【137行，开启守护进程】
 172 logfile /var/log/redis_6379.log      【172行，指定日志文件目录】
 264 dir /var/lib/redis/6379              【264行，指定工作目录】
 288 replicaof 192.168.131.11 6379        【288行，指定要同步的Master节点的IP和端口】
 700 appendonly yes                       【700行，开启AOF持久化功能】
[root@localhost utils]# /etc/init.d/redis_6379 restart   【重启服务】
Stopping ...
Waiting for Redis to shutdown ...
Redis stopped
Starting Redis server...

3.1.5 在Master节点查看验证

[root@localhost utils]# tail -f /var/log/redis_6379.log    【在Master节点上看日志】
48099:M 19 May 2021 14:26:40.059 * Background saving terminated with success
48099:M 19 May 2021 14:26:40.060 * Synchronization with replica 192.168.131.13:6379 succeeded 【slave2的IP同步成功】
48099:M 19 May 2021 14:26:40.089 * Replica 192.168.131.12:6379 asks for synchronization
48099:M 19 May 2021 14:26:40.089 * Full resync requested by replica 192.168.131.12:6379
48099:M 19 May 2021 14:26:40.089 * Starting BGSAVE for SYNC with target: disk
48099:M 19 May 2021 14:26:40.090 * Background saving started by pid 48137
48137:C 19 May 2021 14:26:40.091 * DB saved on disk
48137:C 19 May 2021 14:26:40.091 * RDB: 4 MB of memory used by copy-on-write
48099:M 19 May 2021 14:26:40.160 * Background saving terminated with success
48099:M 19 May 2021 14:26:40.160 * Synchronization with replica 192.168.131.12:6379 succeeded 【slave1的IP同步成功】
[root@localhost utils]# hostnamectl set-hostname master 【永久修改主机名】
[root@localhost utils]# su                              【切换】
[root@master utils]# redis-cli info replication         【在Master节点查看主从信息】
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.131.13,port=6379,state=online,offset=1162,lag=1 【Slave1相关信息】
slave1:ip=192.168.131.12,port=6379,state=online,offset=1162,lag=0 【Slave2相关信息】
master_replid:1b6a0c842a7ea420f47a1cce9f9a8689c8d120ae
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:1162
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:1162

3.2 哨兵模式

3.2.1 修改配置文件

[root@master utils]# vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf 
 17 protected-mode no                                 【17行，关闭保护模式】
 21 port 26379                                        【21行，Redis哨兵默认的监听端口】
 26 daemonize yes                                     【26行，指定sentinel（哨兵）为后台启动】
 36 logfile "/var/log/sentinel.log"                   【36行，指定日志存放路径】
 65 dir "/var/lib/redis/6379"                         【65行，指定数据库存放路径】
 84 sentinel monitor mymaster 192.168.131.11 6379 2   【84行，修改IP地址】
【指定该哨兵监控192.168.131.11:6379这个主节点，该主节点的名称为mymster】
【最后2的含义与主节点的故障判定有关，代表至少需要2个哨兵节点同意后才能判定主节点故障并进行故障转移】

113 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）】
146 sentinel failover-timeout mymaster 180000         【146行，故障节点的最大超时时间为180000毫秒（180秒）】

3.2.2 启动哨兵模式

【启动哨兵模式（先启动Master再启动Slaves）】
[root@master utils]# cd /opt/redis-5.0.7/                  【先切换到/opt/redis-5.0.7/目录下】
[root@master redis-5.0.7]# redis-sentinel sentinel.conf &  【使用redis-sentinel命令读取哨兵配置文件】
[1] 48576

[root@slave1 redis-5.0.7]# redis-sentinel sentinel.conf &
[1] 47036

[root@slave2 redis-5.0.7]# redis-sentinel sentinel.conf &
[1] 46978

3.2.3 模拟故障并查看哨兵信息

[root@master redis-5.0.7]# tail -f /var/log/sentinel.log    【查看master哨兵日志文件】
[root@master redis-5.0.7]# redis-cli -p 26379 info sentinel 【查看哨兵信息】
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
【MasterIP为192.168.131.11】
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.131.11:6379,slaves=2,sentinels=3

[root@master redis-5.0.7]# ps aux | grep redis    【查看redis-server进程号】
root      48099  0.1  0.3 156404  7816 ?        Ssl  14:22   0:03 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      48577  0.2  0.3 153844  7520 ?        Ssl  14:55   0:01 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      48722  0.0  0.0 112676   984 pts/2    S+   15:07   0:00 grep --color=auto redis
[root@master redis-5.0.7]# kill -9 48099         【将redis进程杀掉，模拟宕机】

[root@master redis-5.0.7]# redis-cli -p 26379 info sentinel 【查看哨兵信息】
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
【已经切换为salve1 IP 192.168.131.12】
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.131.12:6379,slaves=2,sentinels=3

3.3 Redis集群模式

3.3.1 实验环境

Master1：192.168.131.11:5001
Slave1 ：192.168.131.14:5004
Master2：192.168.131.12:5002
Slave2 ：192.168.131.15:5005
Master3：192.168.131.13:5003
Slave3 ：192.168.131.16:5006

3.3.2 六台服务器安装redis

[root@localhost ~]# cd /opt/
[root@localhost opt]# systemctl stop firewalld.service 
[root@localhost opt]# setenforce 0
[root@localhost opt]# systemctl disable firewalld.service 
[root@localhost opt]# ls
redis-5.0.7.tar.gz  rh
[root@localhost opt]# tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz 
[root@localhost opt]# cd redis-5.0.7/
[root@localhost redis-5.0.7]# yum -y install gcc gcc-c++ make
[root@localhost redis-5.0.7]# make 
[root@localhost redis-5.0.7]# make PREFIX=/usr/local/redis install 【编译并且编译安装目录为/usr/local/redis】
【由于redis源码包中直接提供了Makefile文件，所以在解压完软件包后，不用再执行./configure进行配置，可直接执行make与make install命令进行安装】


[root@localhost redis-5.0.7]# cd utils/
[root@localhost utils]# ls
build-static-symbols.tcl  create-cluster            hashtable          lru                redis_init_script.tpl  speed-regression.tcl
cluster_fail_time.tcl     generate-command-help.rb  hyperloglog        redis-copy.rb      redis-sha1.rb          whatisdoing.sh
corrupt_rdb.c             graphs                    install_server.sh  redis_init_script  releasetools
[root@localhost utils]# ./install_server.sh   【执行软件包提供的./install_server.sh 脚本文件设置redis服务所需要的相关配置文件】
Welcome to the redis service installer
This script will help you easily set up a running redis server
                    
Please select the redis port for this instance: [6379]                   【回车确认端口号6379】
Selecting default: 6379
Please select the redis config file name [/etc/redis/6379.conf]          【回车确认配置文件目录】
Selected default - /etc/redis/6379.conf
Please select the redis log file name [/var/log/redis_6379.log]          【回车确认日志文件目录】
Selected default - /var/log/redis_6379.log
Please select the data directory for this instance [/var/lib/redis/6379] 【回车确认数据文件目录】
Selected default - /var/lib/redis/6379
【回车到这里的时候需要在[]后面手动输入可执行文件路径（需要一次性输入正确）】
Please select the redis executable p以上是关于Redis数据库主从哨兵群集的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 Redis数据库主从哨兵群集
 redis （主从复制 哨兵模式 群集模式）
 Redis群集
 Redis 大型攻略之主从复制哨兵模式群集模式
 Redis 大型攻略之主从复制哨兵模式群集模式
 redis服务之主从复制哨兵模式群集模式