Redis高可用之哨兵模式、集群

一、Redis哨兵模式

1.1 简介

主从模式，当主节点宕机之后，从节点是可以作为主节点顶上来，继续提供服务的。

但是有一个问题，主节点的IP已经变动了，此时应用服务还是拿着原主节点的地址去访问，这…

于是，在Redis 2.8版本开始引入，就有了哨兵这个概念。

哨兵模式的核心功能是在主从复制的基础上，引入了主节点的自动故障转移。

端口号：26379

1.2 哨兵模式的作用

1）监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。

2）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。

3）通知（提醒）：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

1.3 哨兵结构

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。

1.4 故障转移机制（重要）

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。

   ##故障转移过程##
   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。
   

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。

1.5 主节点选举机制

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。

二、部署Redis哨兵模式

节点服务器	IP地址
Master	192.168.2.100
Slave1	192.168.2.102
Slave2	192.168.2.103

redis-cli -a abc123 info replication -a

Step1 修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

cp /opt/redis-7.0.13/sentinel.conf /usr/local/redis/conf/chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf

vim /usr/local/redis/conf/sentinel.confprotected-mode no							
#6行，关闭保护模式port 26379									#10行，Redis哨兵默认的监听端口daemonize yes								#15行，指定sentinel为后台启动pidfile /usr/local/redis/log/redis-sentinel.pid		
#20行，指定 PID 文件logfile "/usr/local/redis/log/sentinel.log"	#25行，指定日志存放路径dir /usr/local/redis/data					#54行，指定数据库存放路径sentinel monitor mymaster 192.168.2.100 6379 2
#73行
#指定该哨兵节点监控192.168.2.100:6379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 auth-pass mymaster abc123			#76行指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepasssentinel down-after-milliseconds mymaster 3000
#114行，判定服务器down掉的时间周期，默认3000毫秒（3秒）sentinel failover-timeout mymaster 180000	#214行，同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间（180秒）

Step2 实现基于VIP（虚拟IP）的故障转移（所有节点）

#VIP地址漂移
#修改哨兵配置文件279行，添加脚本路径
sentinel client-reconfig-script mymaster /usr/local/redis/conf/fail.sh

脚本
#!/bin/bash
MASTER_IP=$6
#表示传递的第六个参数，即新Master的地址
INTERFACE="ens33"
LOCAL_IP=$(ifconfig $INTERFACE | awk 'NR==2 {print $2}')
#本机IP 网卡ens33对应
VIP="192.168.2.200"
#设定VIP
NETMASK="24"
KEY="1"#判断当前节点是否为主节点
if [ "$MASTER_IP” = "$LOCAL_IP" ];then
/sbin/ifconfig ${INTERFACE}:${KEY} ${VIP}/${NETMASK}
#如果是，将设定的VIP绑定到指定的网络接口上
exit 0
else
/sbin/ifconfig ${INTERFACE}:${KEY} down
#如果不是，将指定的网络接口和绑定的VIP停止
fi
exit 1#给脚本加执行权限
chmod +x fail.sh

#Master节点的脚本和配置文件传输给Slave1
scp /usr/local/redis/conf/sentinel.conf 192.168.2.102:/usr/local/redis/conf/sentinel.conf
scp /usr/local/redis/conf/fail.sh 192.168.2.102:/usr/local/redis/conf/#Master节点的脚本和配置文件传输给Slave2
scp /usr/local/redis/conf/sentinel.conf 192.168.2.103:/usr/local/redis/conf/sentinel.conf
scp /usr/local/redis/conf/fail.sh 192.168.2.103:/usr/local/redis/conf/#复制过去后 要更改属组属主
chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf

Step3 启动哨兵模式

注意：先启master，再启slave

cd /usr/local/redis/conf/redis-sentinel sentinel.conf &

Step4 查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

#执行脚本
#添加VIP
bash fail.sh 1 1 1 1 1 192.168.2.100 1

Step5 故障模拟，观察能否故障切换

通过观察各个节点的master、slave状态，还有VIP地址能否自动漂移。

1.关闭主节点的Redis服务

systemctl stop redis-server

2.观察是否自动故障转移

#通过哨兵看
redis-cli -h 192.168.2.102 -p 26379info sentinel

4.观察VIP地址是否漂移

#Slave1
ifconfig

5.重新启动master节点的redis服务

systemctl start redis-server#连接到redis
redis-cli -a abc123 info replication#观察两个配置文件 
#可以看到配置文件自动被修改，原来的master状态变为slave

三、Redis集群

3.1 集群的定义

1）集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。

2）集群由多组节点(Node)组成，Redis的数据分布在这些节点中。

3）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

3.2.1 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。

#补充
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。

3.2.2 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。

3.3 Redis集群的数据分片

1）Redis集群引入了哈希槽的概念；

2）Redis集群有16384个哈希槽（编号0-16383）；

3）集群的每组节点负责一部分哈希槽；

4）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。

五、部署Redis集群

Redis的集群一般需要6个节点，3主3从。

方便起见，这里在同一台服务器上模拟。

服务器	主机名	IP	主端口	从端口
Node1节点	node	192.168.2.106	6001	6004
Node2节点	node	192.168.2.106	6002	6005
Node3节点	node	192.168.2.106	6003	6006

Step1 创建集群配置目录及文件

cd /usr/local/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}#复制 Redis 配置文件和可执行文件到不同目录
for i in {1..6}
do
#执行复制 循环6次
cp /opt/redis-7.0.13/redis.conf /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-7.0.13/src/redis-cli /opt/redis-7.0.13/src/redis-server /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i
done

Step2 开启群集功能

其他5个文件夹的配置文件配置类似，6个端口都要不一样。

cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001vim redis.conf#bind 127.0.0.1								#87行，注释掉bind项，默认监听所有网卡protected-mode no								#111行，关闭保护模式
port 6001										#138行，修改redis监听端口
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6001.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6001.log"	#354行，指定日志文件
dir ./											#504行，指定持久化文件所在目录
appendonly yes									#1379行，开启AOF
cluster-enabled yes								#1576行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf				#1584行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000						#1590行，取消注释群集超时时间设置

#执行5次，将6001的配置文件，分别复制给2-5
cp redis.conf ../redis6002/

#使用sed，可以直接替换端口号，不需要用vim
sed -i 's/6001/6002/' ../redis6002/redis.conf
#以6002为例，其余操作相同

Step3 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 /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf#从 1 到 6 的范围循环，将 $d 替换成循环变量的值
#进入对应的目录并启动 Redis 服务器
for d in {1..6}
do
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$d
./redis-server redis.conf
doneps -ef | grep redis

Step4 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
#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。

Step5 测试群集

#登录6001
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 byyb127.0.0.1:6001> 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

#连接到6001节点并获取集群中的节点信息
redis-cli -p 6001 -c cluster nodes