60主从复制，哨兵模式，集群

于 2022-08-29 08:46:52 发布
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redis集群三种模式

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster

  • 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。
    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。
  • 哨兵：在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。
    缺陷：写操作无法负载均衡;存储能力受到单机的限制;哨兵无法对从节点进行自动故障转移，在读写分离场景下，从节点故障会导致读服务不可用，需要对从节点做额外的监控、切换操作。
  • 集群：通过集群，Rdis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，实现了较为完善的高可用方案。

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主从复制

主从复制原理

  • 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。

主从复制作用

  • 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。

主从复制流程

  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。

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搭建主从复制

安装Redis服务
三台服务器同样配置

#关闭防火墙与增强机制
systemctl stop firewalld
setenforce0
#安装依赖包
yum install -y gcc gcc-c++ make 
#安装Redis
cd /opt
tar xf redis-5.0.7.tar.gz
或者
wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.9.tar.qz
cd redis-5.0.7/
make   #编译
make PREFIX=/usr/local/redis install   #指定安装路径
cd utils/
./install_server.sh    #执行完脚本配置后，redis服务即启动修改路径/usr/local/redis/bin/redis-server
#创建软连接
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/
ln -s /etc/init.d/redis_6379 /usr/local/bin/redis  #将启动服务软连接到全局，可以直接使用redis命令启动程序

修改Redis配置文件(Master节点操作)

（1）#修改master主配置文件
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
（2）#重启redis
/etc/init.d/redis_6379 restart

修改Redis配置文件(Slave节点操作)

（1）#修改slave1节点、slave2节点配置文件，slave1和slave2修改步骤相同
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 192.168.74.128 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
（2）#重启slave1节点和slave2节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart

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 info replication
#创建数据验证
##在master创建数据
set name yxp
##在从节点上查看
get name

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哨兵模式

主从切换技术的方法是:当服务器宕机后，需要手动一台从机切换为主机，这需要人工干预，不仅费时费力而且还会造成一段时间内服务不可用。为了解决主从复制的缺点，就有了哨兵机制。

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。

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哨兵模式原理

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。

哨兵模式的作用:

  • 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，并让其它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。
    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。

故障转移机制

  1. 由哨兵节点定期监控发现主节点是否出现了故障
    每个哨兵节点每隔1秒会向主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做—次心跳检测。如果主节点在一定时间范围内不回复或者是回复一个错误消息，那么这个哨兵就会认为这个主节点主观下线了(单方面的)。当超过半数哨兵节点认为该主节点主观下线了，这样就客观下线了。

  2. 当主节点出现故障，此时哨兵节点会通过Raft算法(选举算法)实现选举机制共同选举出一个哨兵节点为leader,来负责处理主节点的故障转移和通知。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。

  3. 由leader哨兵节点执行故障转移，过程如下:

    将某一个从节点升级为新的主节点，让其它从节点指向新的主节点；

    若原主节点恢复也变成从节点，并指向新的主节点:

    通知客户端主节点已经更换。

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。

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主节点选举

  1. 过滤掉不健康的(已下线的)，没有回复哨兵ping 响应的从节点。
  2. 选择配置文件中从节点优先级配置最高的。 ( replica-priority， 默认值为100)
  3. 选择复制偏移量最大，也就是复制最完整的从节点。

哨兵模式配置

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

vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
 17 protected-mode no      #关闭保护模式
 21 port 26379             #Redis哨兵默认的监听端口
 26 daemonize yes		   #指定sentinel为后台启动
 36 logfile "/var/log/sentinel.log"  #指定日志存放路径
 65 dir "/var/lib/redis/6379"        #指定数据库存放路径
 84 sentinel monitor mymaster 192.168.48.11 6379 2  #指定该哨兵节点监控192.168.48.11:6379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
113 sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000  #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 (180秒 )
#保存配置文件
#先启动master，再启动slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

模拟故障

#在Master 上查看redis-server进程号:
ps -ef | grep redis
#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 10602     #Master节点上redis-server的进程号
#验证master是转换至从服务器
tail -f /var/log/sentinel.log
#在Slave上查看是否转换成功
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

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小结：

哨兵模式基于主从复制，但主从复制在单点故障后无法自动恢复，导致服务无法实现高可用性；哨兵模式基于主从复制基础之上，添加哨兵节点检测，当master宕机后，哨兵节点会通过投票选举方式，选举出新的master服务，保证服务的高可用性

Redis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。

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。

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

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

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搭建Redis集群模式

Redis集群一般需要6个节点，3主3从。
使用一个服务器，模拟三主三从

#在当前服务器配置6个redis服务
cd /etc/redis/
mkdir -p /etc/redis/redis-cluster/redis600{1..6}
#一键复制 6001~6006 脚本
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
cd redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
  69 #bind 127.0.0.1      #将其注释，即监听所有端口
  88 protected-mode no    #关闭保护模式
  92 port 6001            #为了区分，将端口更改，6个不能相同
  136 daemonize yes		  #开启守护进程
  699 appendonly yes	  #开启AOF持久化
  832 cluster-enabled yes #开启集群功能
  840 cluster-config-file nodes-6001.conf  #群集名称文件设置
  846 cluster-node-timeout 15000  #群集超时时间设置
  
其他5个配置文件除端口号和集群配置文件名称外改动相同
cp redis.conf ../redis6002/
cp redis.conf ../redis6003/
cp redis.conf ../redis6004/
cp redis.conf ../redis6005/
cp redis.conf ../redis6006/

编写启动脚本

#根据对应配置文件启动redis
for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done
ps -ef | grep redis

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
# -replicas 1   表示每个主节点有1个从节点
#若使用6台服务器，此处节点ip请换为自己真实ip即端口号

image-20220822142747502

测试

redis-cli -p 6001 -c 	#加-c参数，节点之间就可以互相跳转
cluster slots    #查看节点的哈希槽编号范围

002 127.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.1:6005 127.0.0.1:6006 --cluster-replicas 1

-replicas 1 表示每个主节点有1个从节点

#若使用6台服务器，此处节点ip请换为自己真实ip即端口号


[外链图片转存中...(img-HTdtFqaT-1661733990087)]

测试

redis-cli -p 6001 -c #加-c参数，节点之间就可以互相跳转
cluster slots #查看节点的哈希槽编号范围


![image-20220822145206842](https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/45dd5c321ef5144fbe5bfc56a9f17b2b.png)
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