redis缓存架构-读写分离(三)

1.redis如何通过读写分离来承载读请求QPS超过10万+?

背景:

redis，你要搞高并发的话，不可避免，要把底层的缓存搞得很好

mysql，高并发，做到了，那么也是通过一系列复杂的分库分表，订单系统，事务要求的，QPS到几万，比较高了

所以,单机redis 无法支撑很大的QPS.

 

1.redis主从架构 -> 读写分离架构 -> 可支持水平扩展的读高并发架构

redis replication的核心机制(主从复制)

master -> slave 数据同步时异步的。

（1）redis采用异步方式复制数据到slave节点，不过redis 2.8开始，slave node会周期性地确认自己每次复制的数据量

（2）一个master node是可以配置多个slave node的

（3）slave node也可以连接其他的slave node

（4）slave node做复制的时候，是不会block master node的正常工作的

（5）slave node在做复制的时候，也不会block对自己的查询操作，它会用旧的数据集来提供服务; 但是复制完成的时候，需要删除旧数据集，加载新数据集，这个时候就会暂停对外服务了

（6）slave node主要用来进行横向扩容，做读写分离，扩容的slave node可以提高读的吞吐量

slave，高可用性，有很大的关系

 

1、主从架构的核心原理

1.主从复制

当启动一个slave node的时候，它会发送一个PSYNC命令给master node

如果这是slave node重新连接master node，那么master node仅仅会复制给slave部分缺少的数据(断点续传); 否则如果是slave node第一次连接master node，那么会触发一次full resynchronization

开始full resynchronization(同步)的时候，master会启动一个后台线程，开始生成一份RDB快照文件，同时还会将从客户端收到的所有写命令缓存在内存中。RDB文件生成完毕之后，master会将这个RDB发送给slave，slave会先写入本地磁盘，然后再从本地磁盘加载到内存中。然后master会将内存中缓存的写命令发送给slave，slave也会同步这些数据。

slave node如果跟master node有网络故障，断开了连接，会自动重连。master如果发现有多个slave node都来重新连接，仅仅会启动一个rdb save操作，用一份数据服务所有slave node。

2、主从复制的断点续传

从redis 2.8开始，就支持主从复制的断点续传，如果主从复制过程中，网络连接断掉了，那么可以接着上次复制的地方，继续复制下去，而不是从头开始复制一份

master node会在内存中常见一个backlog，master和slave都会保存一个replica offset还有一个master id，offset就是保存在backlog中的。如果master和slave网络连接断掉了，slave会让master从上次的replica offset开始继续复制

但是如果没有找到对应的offset，那么就会执行一次resynchronization

3、无磁盘化复制

master在内存中直接创建rdb，然后发送给slave，不会在自己本地落地磁盘了

配置：

repl-diskless-sync

repl-diskless-sync-delay，等待一定时长再开始复制，因为要等更多slave重新连接过来

4、过期key处理

slave不会过期key，只会等待master过期key。如果master过期了一个key，或者通过LRU(缓存淘汰算法)淘汰了一个key，那么会模拟一条del命令发送给slave。

 

2、主从复制的完整流程

（1）slave node启动，仅仅保存master node的信息，包括master node的host和ip，但是复制流程没开始

master host和ip是从哪儿来的，redis.conf里面的slaveof 配置的

（2）slave node内部有个定时任务，每秒检查是否有新的master node要连接和复制，如果发现，就跟master node建立socket网络连接

（3）slave node发送ping命令给master node

（4）口令认证，如果master设置了requirepass，那么salve node必须发送masterauth的口令过去进行认证

（5）master node第一次执行全量复制，将所有数据发给slave node

（6）master node后续持续将写命令，异步复制给slave node

 

 

3.数据同步相关的核心机制

指的就是第一次slave连接msater的时候，执行的全量复制，那个过程里面你的一些细节的机制

（1）master和slave都会维护一个offset

master会在自身不断累加offset，slave也会在自身不断累加offset

slave每秒都会上报自己的offset给master，同时master也会保存每个slave的offset

这个倒不是说特定就用在全量复制的，主要是master和slave都要知道各自的数据的offset，才能知道互相之间的数据不一致的情况

（2）backlog

master node有一个backlog，默认是1MB大小

master node给slave node复制数据时，也会将数据在backlog中同步写一份

backlog主要是用来做全量复制中断候的增量复制的

（3）master run_id

info server，可以看到master run_id

如果根据host+ip定位master node，是不靠谱的，如果master node重启或者数据出现了变化，那么slave node应该根据不同的run id区分，run id不同就做全量复制

如果需要不更改run id重启redis，可以使用redis-cli debug reload命令

（4）psync

从节点使用psync从master node进行复制，psync runid offset

master node会根据自身的情况返回响应信息，可能是FULLRESYNC runid offset触发全量复制，可能是CONTINUE触发增量复制

 

4、全量复制

（1）master执行bgsave，在本地生成一份rdb快照文件

（2）master node将rdb快照文件发送给salve node，如果rdb复制时间超过60秒（repl-timeout），那么slave node就会认为复制失败，可以适当调节大这个参数

（3）对于千兆网卡的机器，一般每秒传输100MB，6G文件，很可能超过60s

（4）master node在生成rdb时，会将所有新的写命令缓存在内存中，在salve node保存了rdb之后，再将新的写命令复制给salve node

（5）client-output-buffer-limit slave 256MB 64MB 60(配置)，如果在复制期间，内存缓冲区持续消耗超过64MB，或者一次性超过256MB，那么停止复制，复制失败

（6）slave node接收到rdb之后，清空自己的旧数据，然后重新加载rdb到自己的内存中，同时基于旧的数据版本对外提供服务

（7）如果slave node开启了AOF，那么会立即执行BGREWRITEAOF，重写AOFrdb生成、rdb通过网络拷贝、slave旧数据的清理、slave aof rewrite，很耗费时间

 

如果复制的数据量在4G~6G之间，那么很可能全量复制时间消耗到1分半到2分钟

 

5、增量复制

（1）如果全量复制过程中，master-slave网络连接断掉，那么salve重新连接master时，会触发增量复制

（2）master直接从自己的backlog中获取部分丢失的数据，发送给slave node，默认backlog就是1MB

（3）msater就是根据slave发送的psync中的offset来从backlog中获取数据的

 

6、heartbeat(心跳)

主从节点互相都会发送heartbeat信息

master默认每隔10秒发送一次heartbeat，salve node每隔1秒发送一个heartbeat

 

7、异步复制

master每次接收到写命令之后，现在内部写入数据，然后异步发送给slave node

 

8.主从架构搭建 （一主一从）

(1).启用复制，部署slave node

wget http://downloads.sourceforge.net/tcl/tcl8.6.1-src.tar.gz

tar -xzvf tcl8.6.1-src.tar.gz

cd /usr/local/tcl8.6.1/unix/

./configure  

make && make install

 

使用redis-3.2.8.tar.gz（截止2017年4月的最新稳定版）

tar -zxvf redis-3.2.8.tar.gz

cd redis-3.2.8

make && make test && make install (如果执行报错则 cd redis-3.2.8/src 执行 make install)

 

（1）redis utils目录下，有个redis_init_script脚本

（2）将redis_init_script脚本拷贝到linux的/etc/init.d目录中，将redis_init_script重命名为redis_6379，6379是我们希望这个redis实例监听的端口号

（3）修改redis_6379脚本的第6行的REDISPORT，设置为相同的端口号（默认就是6379）

（4）创建两个目录：/etc/redis（存放redis的配置文件），/var/redis/6379（存放redis的持久化文件）

（5）修改redis配置文件（默认在根目录下，redis.conf），拷贝到/etc/redis目录中，修改名称为6379.conf

 

（6）修改redis.conf中的部分配置为生产环境

 

daemonize yes 让redis以daemon进程运行

pidfile /var/run/redis_6379.pid 设置redis的pid文件位置

port 6379 设置redis的监听端口号

dir /var/redis/6379 设置持久化文件的存储位置

 

（7）让redis跟随系统启动自动启动

 

在redis_6379脚本中，最上面，加入两行注释

# chkconfig:  2345 90 10

# description: Redis is a persistent key-value database

 

执行命令

chkconfig redis_6379 on

 

配置文件6379.conf （从节点配置）

在slave node上配置：slaveof eshop-cache01 6379，即可

也可以使用slaveof命令

 

(2)，强制读写分离

基于主从复制架构，实现读写分离

redis slave node只读，默认开启，slave-read-only

开启了只读的redis slave node，会拒绝所有的写操作，这样可以强制搭建成读写分离的架构

(3)，集群安全认证

配置slave 安全认证(3679.cof)

masterauth redis-pass

配置master上启用安全认证，

requirepass redis-pass

配置安全认证后:

关闭redis ： redis-cli -a "密码" shoudown

启动: ./redis_6379 start

master需要设置密码 127.0.0.1:6379> auth "密码"

(4)，修改配置

bind 127.0.0.1 ->本地开发测试模式,就只能127.0.0.1本地才能访问到6379的端口号

集群环境下需要修改

每个redis.conf 中的bind 127.0.0.1 -> bind 自己的ip地址

在每个节点上都开放点开6379

iptables -A INPUT -ptcp --dport 6379 -j ACCEPT

连接客户端 redis-cli -h ip地址

执行命令查看自己的角色 info replication