Redis哨兵&Cluster群集 搭建

Redis群集

Redis群集有三种模式

主从同步/复制
 
哨兵模式
 
Cluster群集

主从同步/复制

概念

• 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
• 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

主从复制原理

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

搭建主从复制实验

准备三台服务器

Master：192.168.154.10
Slave1：192.168.154.20
Slave2：192.168.154.30

先安装 redis

配置主服务器配置文件 

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
appendonly yes                              #700行，开启AOF持久化功能

配置从服务器配置文件

两台从服务器，配置一致
两台都指向154.10的主服务器

测试

/etc/init.d/redis_6379 restart — 先重启服务让配置文件生效

可以查看到154.20和154.30两台从服务器已经成功连接上

哨兵模式

概念

• 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
• 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

哨兵组成

• 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

哨兵搭建实验

在主从复制的基础上搭建哨兵

先查看所有节点的状态

编辑哨兵的配置文件

针对所有节点 都需要修改

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）

启动哨兵服务

先启动master，后启动slave

查看哨兵信息

显示：一个主、两个从、三个哨兵

故障模拟

将master进程给杀掉，检查哨兵是否会自动切换故障

此时154.20从服务器已变为master，成功切换

Cluster群集

概念

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方案

集群作用

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上，一方面突破了Redis单机内存大小的限制，存储容量大大地增加；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

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