Redis单机,主从集群,哨兵集群,分片集群的搭建

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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单机,主从集群,哨兵集群,分片集群的搭建相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

Redis

1.单机安装Redis

1)Redis官网下载:https://redis.io/download

2)将安装包上传到linux上

3)安装Redis所需要的依赖:

yum install -y gcc tcl

例如,我放到了/tmp目录:

解压缩:

tar -xvf redis-6.2.4.tar.gz

解压后:

进入redis目录:

cd redis-6.2.4

运行编译命令:

make && make install

如果没有出错,应该就安装成功了。

然后修改redis.conf文件中的一些配置:

# 绑定地址,默认是127.0.0.1,会导致只能在本地访问。修改为0.0.0.0则可以在任意IP访问
bind 0.0.0.0
# 数据库数量,设置为1
databases 1

启动Redis:

redis-server redis.conf

停止redis服务:

redis-cli shutdown

2.单机Redis出现的问题

2.1 数据丢失问题

Redis是内存存储,服务重启可能会丢失数据

2.2 并发能力问题

单节点Redis并发能力虽然不错,但也无法满足如618这样的高并发场景。

2.3 故障恢复问题

如果Redis宕机,则服务不可用,需要一种自动的故障恢复手段

2.4 存储能力问题

Redis基于内存,单节点能存储的数据量难以满足海量数据需求

3.Redis持久化解决数据丢失问题

3.1RDB持久化

RDB介绍

RDB全称Redis Database Backup file(Redis数据备份文件) ,也被叫做Redis数据快照。简单来说就是把内存中的所有数据都记录到磁盘中。当Redis实例故障重启后,从磁盘读取快照文件,恢复数据。

快照文件称为RDB文件,默认是保存在当前运行目录。

Redis停机时会执行一次RDB。

RDB的配置

Redis内部有触发RDB的机制,可以在redis.conf文件中找到,格式如下:

save 900 1  # 900秒内,如果至少有1个key被修改,则执行bgsave
# 如果是save "" 则表示禁用RDB
save 300 10  # 300秒内有10个key被修改, 则执行bgsave
save 60 10000  # 60秒内有10000个key被修改,则执行bgsave

RDB的其它配置也可以在redis.conf文件中设置:

# 是否压缩 ,建议不开启,压缩也会消耗cpu,磁盘的话不值钱
rdbcompression yes

# RDB文件名称
dbfilename dump.rdb  

# 文件保存的路径目录
dir ./ 

RDB工作原理

bgsave开始时会fork主进程得到子进程,子进程共享主进程的内存数据。完成fork后读取内存数据并写入 RDB 文件。
fork采用的是copy-on-write技术:

  • 当主进程执行读操作时,访问共享内存;
  • 当主进程执行写操作时,则会拷贝一份数据,执行写操作。

3.2 AOF持久化

AOF

AOF全称为Append Only File(追加文件)。Redis处理的每一个写命令都会记录在AOF文件,可以看做是命令日志文件。

开启AOF

AOF默认是关闭的,需要修改redis.conf配置文件来开启AOF:

# 是否开启AOF功能,默认是no
appendonly yes
# AOF文件的名称
appendfilename "appendonly.aof"

AOF的命令记录的频率也可以通过redis.conf文件来配:

# 表示每执行一次写命令,立即记录到AOF文件
appendfsync always 
# 写命令执行完先放入AOF缓冲区,然后表示每隔1秒将缓冲区数据写到AOF文件,是默认方案
appendfsync everysec 
# 写命令执行完先放入AOF缓冲区,由操作系统决定何时将缓冲区内容写回磁盘
appendfsync no


因为是记录命令,AOF文件会比RDB文件大的多。而且AOF会记录对同一个key的多次写操作,但只有最后一次写操作才有意义。通过执行bgrewriteaof命令,可以让AOF文件执行重写功能,用最少的命令达到相同效果。

Redis也会在触发阈值时自动去重写AOF文件。阈值也可以在redis.conf中配置:

# AOF文件比上次文件 增长超过多少百分比则触发重写
auto-aof-rewrite-percentage 100
# AOF文件体积最小多大以上才触发重写
auto-aof-rewrite-min-size 64mb 

3.3 RDB和AOF比较

4.Redis主从集群解决并发不足问题

4.1.集群结构

我们搭建的主从集群结构如图:

共包含三个节点,一个主节点,两个从节点。

这里我们会在同一台虚拟机中开启3个redis实例,模拟主从集群,信息如下:

IPPORT角色
192.168.150.1017001master
192.168.150.1017002slave
192.168.150.1017003slave

4.2.准备实例和配置

要在同一台虚拟机开启3个实例,必须准备三份不同的配置文件和目录,配置文件所在目录也就是工作目录。

1)创建目录

我们创建三个文件夹,名字分别叫7001、7002、7003:

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003

如图:

2)恢复原始配置

修改redis-6.2.4/redis.conf文件,将其中的持久化模式改为默认的RDB模式,AOF保持关闭状态。

# 开启RDB
# save ""
save 3600 1
save 300 100
save 60 10000

# 关闭AOF
appendonly no

3)拷贝配置文件到每个实例目录

然后将redis-6.2.4/redis.conf文件拷贝到三个目录中(在/tmp目录执行下列命令):

# 方式一:逐个拷贝
cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp redis-6.2.4/redis.conf 7003
# 方式二:管道组合命令,一键拷贝
echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp redis-6.2.4/redis.conf

4)修改每个实例的端口、工作目录

修改每个文件夹内的配置文件,将端口分别修改为7001、7002、7003,将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录(在/tmp目录执行下列命令):

sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\\//dir \\/tmp\\/7001\\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\\//dir \\/tmp\\/7002\\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\\//dir \\/tmp\\/7003\\//g' 7003/redis.conf

5)修改每个实例的声明IP

虚拟机本身有多个IP,为了避免将来混乱,我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息,格式如下:

# redis实例的声明 IP
replica-announce-ip 192.168.150.101

每个目录都要改,我们一键完成修改(在/tmp目录执行下列命令):

# 逐一执行
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7003/redis.conf

# 或者一键修改
printf '%s\\n' 7001 7002 7003 | xargs -I -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' /redis.conf

4.3.启动

为了方便查看日志,我们打开3个ssh窗口,分别启动3个redis实例,启动命令:

# 第1个
redis-server 7001/redis.conf
# 第2个
redis-server 7002/redis.conf
# 第3个
redis-server 7003/redis.conf

启动后:

如果要一键停止,可以运行下面命令:

printf '%s\\n' 7001 7002 7003 | xargs -I -t redis-cli -p  shutdown

4.4.开启主从关系

现在三个实例还没有任何关系,要配置主从可以使用replicaof 或者slaveof(5.0以前)命令。

有临时和永久两种模式:

  • 修改配置文件(永久生效)

    • 在redis.conf中添加一行配置:slaveof <masterip> <masterport>
  • 使用redis-cli客户端连接到redis服务,执行slaveof命令(重启后失效):

    slaveof <masterip> <masterport>
    

注意:在5.0以后新增命令replicaof,与salveof效果一致。

这里我们为了演示方便,使用方式二。

通过redis-cli命令连接7002,执行下面命令:

# 连接 7002
redis-cli -p 7002
# 执行slaveof
slaveof 192.168.150.101 7001

通过redis-cli命令连接7003,执行下面命令:

# 连接 7003
redis-cli -p 7003
# 执行slaveof
slaveof 192.168.150.101 7001

然后连接 7001节点,查看集群状态:

# 连接 7001
redis-cli -p 7001
# 查看状态
info replication

结果:

4.5.测试

执行下列操作以测试:

  • 利用redis-cli连接7001,执行set num 123

  • 利用redis-cli连接7002,执行get num,再执行set num 666

  • 利用redis-cli连接7003,执行get num,再执行set num 888

可以发现,只有在7001这个master节点上可以执行写操作,7002和7003这两个slave节点只能执行读操作。

4.6.数据同步原理

Replication Id:简称replid,是数据集的标记,id一致则说明是同一数据集。每一个master都有唯一的replid,slave则会继承master节点的replid

offset:偏移量,随着记录在repl_baklog中的数据增多而逐渐增大。slave完成同步时也会记录当前同步的offset。如果slave的offset小于master的offset,说明slave数据落后于master,需要更新

因此slave做数据同步,必须向master声明自己的replication id 和offset,master才可以判断到底需要同步哪些数据

全量同步

  1. slave节点请求全量同步
  2. master节点判断replid,发现不一致,拒绝全量同步
  3. master将完整内存数据生成RDB,发送RDB到slave
  4. slave清空本地数据,加载master的RDB
  5. master将RDB期间的命令记录在repl_baklog,并持续将log中的命令发送给slave
  6. slave执行接收到的命令,保持与master之间的同步


增量同步

如果slave重启后同步,则执行增量同步

注意

repl_baklog大小有上限,写满后会覆盖最早的数据。如果slave断开时间过久,导致尚未备份的数据被覆盖,则无法基于log做增量同步,只能再次全量同步。

5.Redis哨兵集群解决故障恢复问题

5.1 哨兵作用

Redis提供了哨兵(Sentinel)机制来实现主从集群的自动故障恢复。哨兵的结构和作用如下:

服务状态监控: Sentinel 会不断检查您的master和slave是否按预期工作

Sentinel基于心跳机制监测服务状态,每隔1秒向集群的每个实例发送ping命令:

  • 主观下线:如果某sentinel节点发现某实例未在规定时间响应,则认为该实例主观下线。
  • 客观下线:若超过指定数量(quorum)的sentinel都认为该实例主观下线,则该实例客观下线。quorum值最好超过Sentinel实例数量的一半。

自动故障恢复: 如果master故障,Sentinel会将一个slave提升为master。当故障实例恢复后也以新的master为主

一旦发现master故障,sentinel需要在salve中选择一个作为新的master,选择依据是这样的:

  1. 首先会判断slave节点与master节点断开时间长短,如果超过指定值(down-after-milliseconds * 10)则会排除该slave节点
  2. 然后判断slave节点的slave-priority值,越小优先级越高,如果是0则永不参与选举如果slave-prority一样,则判断slave节点的offset值,越大说明数据越新,优先级越高
  3. 最后是判断slave节点的运行id大小,越小优先级越高。

通知: Sentinel充当Redis客户端的服务发现来源,当集群发生故障转移时,会将最新信息推送给Redis的客户端

如何实现故障转移?

  • sentinel给备选的slave1节点发送slaveof no one命令,让该节点成为master
  • sentinel给所有其它slave发送slaveof 192.168.150.101 7002 命令,让这些slave成为新master的从节点,开始从新的master上同步数据。
  • 最后,sentinel将故障节点标记为slave,当故障节点恢复后会自动成为新的master的slave节点

5.2.集群结构

这里我们搭建一个三节点形成的Sentinel集群,来监管之前的Redis主从集群。如图:

三个sentinel实例信息如下:

节点IPPORT
s1192.168.150.10127001
s2192.168.150.10127002
s3192.168.150.10127003

5.3.准备实例和配置

要在同一台虚拟机开启3个实例,必须准备三份不同的配置文件和目录,配置文件所在目录也就是工作目录。

我们创建三个文件夹,名字分别叫s1、s2、s3:

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir s1 s2 s3

如图:

然后我们在s1目录创建一个sentinel.conf文件,添加下面的内容:

port 27001
sentinel announce-ip 192.168.150.101
sentinel monitor mymaster 192.168.150.101 7001 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 5000
sentinel failover-timeout mymaster 60000
dir "/tmp/s1"

解读:

  • port 27001:是当前sentinel实例的端口
  • sentinel monitor mymaster 192.168.150.101 7001 2:指定主节点信息
    • mymaster:主节点名称,自定义,任意写
    • 192.168.150.101 7001:主节点的ip和端口
    • 2:选举master时的quorum值

然后将s1/sentinel.conf文件拷贝到s2、s3两个目录中(在/tmp目录执行下列命令):

# 方式一:逐个拷贝
cp s1/sentinel.conf s2
cp s1/sentinel.conf s3
# 方式二:管道组合命令,一键拷贝
echo s2 s3 | xargs -t -n 1 cp s1/sentinel.conf

修改s2、s3两个文件夹内的配置文件,将端口分别修改为27002、27003:

sed -i -e 's/27001/27002/g' -e 's/s1/s2/g' s2/sentinel.conf
sed -i -e 's/27001/27003/g' -e 's/s1/s3/g' s3/sentinel.conf

5.4.启动

为了方便查看日志,我们打开3个ssh窗口,分别启动3个redis实例,启动命令:

# 第1个
redis-sentinel s1/sentinel.conf
# 第2个
redis-sentinel s2/sentinel.conf
# 第3个
redis-sentinel s3/sentinel.conf

启动后:

5.5.测试

尝试让master节点7001宕机,查看sentinel日志:

查看7003的日志:

查看7002的日志:

6.Redis分片集群解决存储能力问题

主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决:

  • 海量数据存储问题
  • 高并发写的问题

使用分片集群可以解决上述问题,分片集群特征:

  • 集群中有多个master,每个master保存不同数据
  • 每个master都可以有多个slave节点
  • master之间通过ping监测彼此健康状态
  • 客户端请求可以访问集群任意节点,最终都会被转发到正确节点

6.1.集群结构

分片集群需要的节点数量较多,这里我们搭建一个最小的分片集群,包含3个master节点,每个master包含一个slave节点,结构如下:

这里我们会在同一台虚拟机中开启6个redis实例,模拟分片集群,信息如下:

IPPORT角色
192.168.150.1017001master
192.168.150.1017002master
192.168.150.1017003master
192.168.150.1018001slave
192.168.150.1018002slave
192.168.150.1018003slave

6.2.准备实例和配置

删除之前的7001、7002、7003这几个目录,重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录:

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 删除旧的,避免配置干扰
rm -rf 7001 7002 7003
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在/tmp下准备一个新的redis.conf文件,内容如下:

port 6379
# 开启集群功能
cluster-enabled yes
# 集群的配置文件名称,不需要我们创建,由redis自己维护
cluster-config-file /tmp/6379/nodes.conf
# 节点心跳失败的超时时间
cluster-node-timeout 5000
# 持久化文件存放目录
dir /tmp/6379
# 绑定地址
bind 0.0.0.0
# 让redis后台运行
daemonize yes
# 注册的实例ip
replica-announce-ip 192.168.150.101
# 保护模式
protected-mode no
# 数据库数量
databases 1
# 日志
logfile /tmp/6379/run.log

将这个文件拷贝到每个目录下:

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 执行拷贝
echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf

修改每个目录下的redis.conf,将其中的6379修改为与所在目录一致:

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 修改配置文件
printf '%s\\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I -t sed -i 's/6379//g' /redis.conf

6.3.启动

因为已经配置了后台启动模式,所以可以直接启动服务:

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 一键启动所有服务
printf '%s\\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I -t redis-server /redis.conf

通过ps查看状态:

ps -ef | grep redis

发现服务都已经正常启动:

如果要关闭所有进程,可以执行命令:

ps -ef | grep redis | awk 'print $2' | xargs kill

或者(推荐这种方式):

printf '%s\\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I -t redis-cli -p  shutdown

6.4.创建集群

虽然服务启动了,但是目前每个服务之间都是独立的,没有任何关联。

我们需要执行命令来创建集群,在Redis5.0之前创建集群比较麻烦,5.0之后集群管理命令都集成到了redis-cli中。

1)Redis5.0之前

Redis5.0之前集群命令都是用redis安装包下的src/redis-trib.rb来实现的。因为redis-trib.rb是有ruby语言编写的所以需要安装ruby环境。

# 安装依赖
yum -y install zlib ruby rubygems
gem install redis

然后通过命令来管理集群:

# 进入redis的src目录
cd /tmp/redis-6.2.4/src
# 创建集群
./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.150.101:7001 192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003

2)Redis5.0以后

我们使用的是Redis6.2.4版本,集群管理以及集成到了redis-cli中,格式如下:

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 192.168.150.101:7001 192.168.150.101:7002 192.168.150.101:7003 192.168.150.101:8001 192.168.150.101:8002 192.168.150.101:8003

命令说明:

  • redis-cli --cluster或者./redis-trib.rb:代表集群操作命令
  • create:代表是创建集群
  • --replicas 1或者--cluster-replicas 1 :指定集群中每个master的副本个数为1,此时节点总数 ÷ (replicas + 1) 得到的就是master的数量。因此节点列表中的前n个就是master,其它节点都是slave节点,随机分配到不同master

运行后的样子:

这里输入yes,则集群开始创建:

通过命令可以查看集群状态:

redis-cli -p 7001 cluster nodes

6.5.测试

尝试连接7001节点,存储一个数据:

# 连接
redis-cli -p 7001
# 存储数据
set num 123
# 读取数据
get num
# 再次存储
set a 1

结果悲剧了:

集群操作时,需要给redis-cli加上-c参数才可以:

redis-cli -c -p 7001

这次可以了:

以上是关于Redis单机,主从集群,哨兵集群,分片集群的搭建的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

Redis集群搭建(主从哨兵分片)

Redis-分布式缓存

Redis学习之4种模式实践及机制解析(单机主从哨兵集群)

Redis-分布式缓存

Redis主从集群+哨兵搭建实战

Redis集群环境搭建实践