NoSQL之redis高可用(主从复制、哨兵、集群)搭建

目录

一、redis集群的三种模式

1、主从复制 

2、哨兵 

3、集群

二、Redis的主从复制

1、主从复制的作用

2、主从复制流程

3、搭建Redis 主从复制

实验环境：

3.1 安装 Redis

3.2 修改 Redis 配置文件（Master节点操作）

3.3 配置两台slave节点（两台一样）

3.4 验证主从效果

三、Redis 哨兵模式

1、哨兵模式原理

​编辑

2、哨兵模式的作用：

3、故障转移机制

4、搭建Redis 哨兵模式 

实验环境

4.1 修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

4.2 启动哨兵模式

4.4 查看哨兵信息

 4.5 故障模拟

4.5 恢复过程

四、Redis 群集模式

1、什么是Redis集群模式？

2、集群的作用

3、集群模式的数据分片介绍

 4、redis集群的主从复制模型

5、搭建Redis 群集模式

一、redis集群的三种模式

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式和Cluster（集群）。

1、主从复制 

主从复制时高可用Redis的基础，哨兵和cluster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级备份，以及对与读操作的负载均衡和简单的故障恢复。

缺陷：①故障恢复无法自动化，②写操作无法负载均衡，③存储能力受到单机的限制

2、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：①写操作无法负载均衡，②存储能力受到单机的限制

3、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，实现了较为完善的高可用的方案。

二、Redis的主从复制

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、主从复制的作用

• 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。
   

2、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。

1、从服务器发送SYNC同步数据请求
2、主Redis会fork一个子进程，然后产生RDB文件（完备），此时客户端还是持续写入新的命令。
3、RDB文件持久化完成后，主Redis会将RDB文件和缓存起来的命令推送给从服务器
4、推送完成后，主Redis会利用AOF（增备）持久化功能，持续的同步操作命令到从服务器。

#后续所有的同步操作，只要没有新的从设备接入，都是会使用AOF的方式进行同步数据
 

3、搭建Redis 主从复制

实验环境：

Master节点： 192.168.247.20
Slave1节点： 192.168.247.21
Slave2节点： 192.168.247.22

3.1 安装 Redis

 
#关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
#安装环境
yum -y install gcc gcc-c++ make
 
#解压
cd /opt
tar -zxvf redis-5.0.7.tar.gz
 
#编译
cd /opt/redis-5.0.7/
make 
make PREFIX=/usr/local/redis install
 
#安装redis服务
cd /opt/redis-5.0.7/utils
 
yum -y install expect
/usr/bin/expect <
spawn ./install_server.sh
expect "instance" {send "\r"}
expect "config" {send "\r"}
expect "log" {send "\r"}
expect "this" {send "\r"}
expect "path" {send "/usr/local/redis/bin/redis-server\r"}
expect "abort" {send "\r"}
expect eof
EOF
 
#创建软链接，方便启动
ln -s /usr/local/redis/bin/ * /usr/local/bin

3.2 修改 Redis 配置文件（Master节点操作）

vim /etc/redis/6379.conf   redis.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
appendonly yes						#700行，开启AOF持久化功能
 
 
/etc/init.d/redis_6379 restart
#重启服务

如果一直报错等待关闭，可以去pid的文件位置将pid文件删除，然后再使用netstat 过滤出redis的pid号，进行kill掉，后开启redis服务

pid文件位置存在：/var/run/redis_6379.pid

3.3 配置两台slave节点（两台一样）

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 192.168.247.20 6379        #287行，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
#重启服务

3.4 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

三、Redis 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。

1、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。

2、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。

3、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命令做一次心跳检测。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。

#主节点的选举：

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。

4、搭建Redis 哨兵模式 

哨兵的部署启动，需要依赖于主从复制，所以必须在redis主从复制部署好的情况下再去部署哨兵模式

实验环境

Master节点：192.168.247.20
Slave1节点：192.168.247.21
Slave2节点：192.168.247.22

4.1 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 192.168.10.23 6379 2	#84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.10.23:6379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）

4.2 启动哨兵模式

4.4 查看哨兵信息

 4.5 故障模拟

查看并杀死master节点的redis-server

查看哨兵信息

4.5 恢复过程

如过要将以前的master的redis启动，需要先将/var/run/redis_6379.pid文件删除，删除执行在执行/etc/init.d/redis_6379 start ，即可启动redis服务，启动之后，哨兵会将它设置为salve从节点，并自动指向新的节点。

最好再去配置文件中去指向主从复制的master，也就是将重新启动的master的配置文件/etc/redis/6379.conf 中的 288行重新指向新的master。
 

四、Redis 群集模式

1、什么是Redis集群模式？

• Redis集群模式就是，可以解决写的操作无法负载均衡，存储受到单机限制，以及故障自动切换功能的一种集群。

• 集群由多个节点组成，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，只有主节点复制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。

2、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。

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、集群模式的数据分片介绍

• Redis集群引入了哈希槽的概念
• Redis集群由16384个哈希槽（编号0-16383）
• 集群的每一个节点负责一部分哈希槽
• 每个key通过CRC算法后对16384取余来决定放置哪个槽位。
• 再通过这个槽找到对应的节点，然后直接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

 4、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。
   

5、搭建Redis 群集模式

实验环境：

搭建集群，需提前安装部署redis

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
 
#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
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
appendonly yes							#700行，修改，开启AOF持久化

#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。

修改redis2-6的端口号和文件名（3-6修改方法和下图相同）

#启动redis节点
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
 
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

#启动redis节点

#启动集群

#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
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
 
redis-cli -p 6004 -c
127.0.0.1:6004> keys *							#对应的slave节点也有这条数据，但是别的节点没有
1) "name"