Redis高可用之主从复制、哨兵、cluster集群

一、Redis主从复制

1.1 Redis主从复制的概念

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。

1.2 Redis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。

1.3 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M缓存aster还会记录修改数据的所有命令并在数据文件中。

（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。

1.4 搭建 Redis 主从复制

主从	IP
master	192.168.147.100
slave1	192.168.147.101
slave2	192.168.147.102

systemctl stop firewalld
setenforce 0

安装 Redis

yum install -y gcc gcc-c++ maketar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.9.tar.gz
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis installcd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
......
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server  	ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

修改 Redis 配置文件（Master节点操作）

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/etc/init.d/redis_6379 restart

修改 Redis 配置文件（Slave节点操作）

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 192.168.147.100 6379      #288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

验证主从效果

在Master节点上看日志：
tail -f /var/log/redis_6379.log 
Replica 192.168.147.101:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.147.102:6379 asks for synchronization在Master节点上验证从节点：
redis-cli info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.147.101,port=6379,state=online,offset=378,lag=0
slave1:ip=192.168.147.102,port=6379,state=online,offset=378,lag=0

二、Redis哨兵模式

2.1 概述

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。

2.2 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。

2.3 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，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。

2.4 哨兵结构

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。

2.5 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秒会问主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做一次心检测。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

2.6 主节点的选举

1.过滤掉不健康的（己下线的），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。

2.7 搭建Redis 哨兵模式

主从	IP
master	192.168.147.100
slave1	192.168.147.101
slave2	192.168.147.102

systemctl stop firewalld
setenforce 0

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 192.168.147.100 6379 2	#84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.147.100:6379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）

启动哨兵模式

先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel
#Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.147.100:6379,slaves=2,sentinels=3

故障模拟
查看redis-server进程号：

ps -ef | grep redis
root      41968      1  0 18:49 ?        00:00:07 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      42739      1  0 20:07 ?        00:00:02 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      42921  41834  0 20:27 pts/2    00:00:00 grep --color=auto redis

杀死 Master 节点上redis-server的进程号

kill -9 41968			#Master节点上redis-server的进程号

验证结果

tail -f /var/log/sentinel.log
42739:X 30 Jul 2023 20:29:11.922 # +new-epoch 1
42739:X 30 Jul 2023 20:29:11.923 # +try-failover master mymaster 192.168.147.100 6379
42739:X 30 Jul 2023 20:29:11.924 # +vote-for-leader 8ff5e5a6c8665707a78e1a2895d8dfae0ee0f466 1
42739:X 30 Jul 2023 20:29:11.925 # b90a505bfebd1cd07b8141a84e8c91c7015d5ab4 voted for b90a505bfebd1cd07b8141a84e8c91c7015d5ab4 1
42739:X 30 Jul 2023 20:29:11.927 # aae0460921eef8be4e6bd62c933f3f3f9c59c3f5 voted for b90a505bfebd1cd07b8141a84e8c91c7015d5ab4 1
42739:X 30 Jul 2023 20:29:12.553 # +config-update-from sentinel b90a505bfebd1cd07b8141a84e8c91c7015d5ab4 192.168.147.102 26379 @ mymaster 192.168.147.100 6379
42739:X 30 Jul 2023 20:29:12.553 # +switch-master mymaster 192.168.147.100 6379 192.168.147.102 6379
42739:X 30 Jul 2023 20:29:12.553 * +slave slave 192.168.147.101:6379 192.168.147.101 6379 @ mymaster 192.168.147.102 6379
42739:X 30 Jul 2023 20:29:12.553 * +slave slave 192.168.147.100:6379 192.168.147.100 6379 @ mymaster 192.168.147.102 6379
42739:X 30 Jul 2023 20:29:42.585 # +sdown slave 192.168.147.100:6379 192.168.147.100 6379 @ mymaster 192.168.147.102 6379

2.
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.10.14:6379,slaves=2,sentinels=3

三、Redis 群集模式

3.1 概述

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。

3.2 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，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。

通过集群，Redis解决了写操作无法负载均衡，自动故障切花，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。

3.3 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）。

每个哈希槽有512字节

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

3.4 集群模式的主从复制模型

• 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位为主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。

3.5 搭建Redis 群集模式

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
appendonly yes							#699行，修改，开启AOF持久化
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

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.conffor d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
doneps -ef | grep redis

启动集群

redis-cli --cluster create 192.168.147.100:6001 192.168.147.100:6002 192.168.147.100:6003 192.168.147.100:6004 192.168.147.100:6005 192.168.147.100:6006 --cluster-replicas 1#六个实例分为三组，每组一主一从，前面的做主节点，后面的做从节点。下面交互的时候 需要输入 yes 才可以创建。
--replicas 1 表示每个主节点有1个从节点。

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
1) 1) (integer) 54612) (integer) 10922									#哈希槽编号范围3) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 6003									#主节点IP和端口号3) "fdca661922216dd69a63a7c9d3c4540cd6baef44"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 6004									#从节点IP和端口号3) "a2c0c32aff0f38980accd2b63d6d952812e44740"
2) 1) (integer) 02) (integer) 54603) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60013) "0e5873747a2e26bdc935bc76c2bafb19d0a54b11"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60063) "8842ef5584a85005e135fd0ee59e5a0d67b0cf8e"
3) 1) (integer) 109232) (integer) 163833) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60023) "816ddaa3d1469540b2ffbcaaf9aa867646846b30"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60053) "f847077bfe6722466e96178ae8cbb09dc8b4d5eb"

127.0.0.1:6001> set name zhangsan
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6003
OK127.0.0.1:6001> 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"