redis群集三种模式：主从复制、哨兵、集群

redis群集有三种模式

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster，下面会讲解一下三种模式的工作方式，以及如何搭建cluster群集

●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，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，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。

一、Redis 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。（将主节点的数据备份到从节点）

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。

主从复制流程

1、请求同步：
从服务器（Slave）启动或重新连接时，它会向主服务器（Master）发送一个同步请求（sync ）

2、生成快照：
主服务器接收到同步请求后，fork子进程来生成RDB快照（RDB 文件）。
在创建快照的同时，客户端还在持续写入redis，主服务器会缓存所有fork子进程期间的命令

3、发送数据：
RDB持久化完成后，主服务器将RDB文件 和 缓存的命令发送给从服务器。
从服务器接收到RDB文件后，将其保存到硬盘上，并加载到内存中。从同步执行这些命令，使自己的数据与主服务器保持一致。

4、持续同步：
复制推送完后，主redis会持续的同步操作，利用AOF持久化功能

5、在下一台 从redis服务器接入主从集群之前，会持续利用redis持久化功能
 

搭建Redis 主从复制（一主两从）

Master节点： 192.168.190.10
Slave1节点： 192.168.190.20
Slave2节点： 192.168.190.30

systemctl stop firewalld
setenforce 0

-----安装 Redis-----

yum install -y gcc gcc-c++ make

scp redis-5.0.7.tar.gz 192.168.190.20:/home/          #把压缩包同步到另外两台机器

scp redis-5.0.7.tar.gz 192.168.190.30:/home/

tar 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 install

cd /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   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

-----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 192.168.190.10 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 192.168.190.20:6379 asks for synchronization

Replica 192.168.190.30:6379 asks for synchronization

在Master节点上验证从节点：

[root@localhost utils]# redis-cli info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.190.20,port=6379,state=online,offset=364,lag=0
slave1:ip=192.168.190.30,port=6379,state=online,offset=364,lag=0

二、Redis 哨兵模式（故障自动切换）

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。

哨兵模式原理

哨兵(sentinel):是一个分布式系统，用于监控每台主从服务器，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：监控主节点和从节点是否运作正常。监控哨兵彼此的存活状态

●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）。进行投票机制，超过半数哨兵节点认为该主节点主观下线了，原master就客观下线了。

1、当主节点出现故障，此时哨兵节点会通过投票机制共同选举出一个新的master。

2、完成 slave --》master 的切换

3、完成其他从服务器对新master的数据配置

4、当原master修复后，添加到从节点当中完成集群化

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。

主观下线：一个哨兵认为主服务器可能已经下线，但还没有达成共识。

客观下线：经过投票机制，大多数哨兵都认为主服务器已经下线。

#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

搭建Redis 哨兵模式

Master节点：192.168.190.10
Slave1节点：192.168.190.20
Slave2节点：192.168.190.30

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 192.168.190.10 6379 2    #84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.190.10:6379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 &

lsof -i:26379

master

 slave1、slave2

-----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=192.168.190.10:6379,slaves=2,sentinels=3

-----故障模拟-----
#查看redis-server进程号：

[root@master ]# ps -ef |grep redis
root      15899      1  0 10:22 ?        00:00:28 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      19483      1  0 16:44 ?        00:00:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      19525  19345  0 16:48 pts/0    00:00:00 grep --color=auto redis

#杀死 Master 节点上redis-server的进程号

[root@master ]# kill -9 15899         #Master节点上redis-server的进程号

#验证结果

tail -f /var/log/sentinel.log         #查看哨兵日志

[root@master]# 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=192.168.190.30:6379,slaves=2,sentinels=3

#新master192.168.190.30

--------修改从服务器配置文件-------

原master 192.168.190.10和 slave1 192.168.190.20

vim /etc/redis/6379.conf

replicaof 192.168.190.30 6379        #288行，重新指定要同步的新Master节点IP和端口

#新master 192.168.190.30

三、Redis 群集模式（3主3从）

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：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同步。

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。

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）（放数据的）
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

搭建Redis 群集模式 

redis的集群一般需要6个节点，3主3从。工作环境一组主从在一台机器上做

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

#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

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

#六个实例分为三组，每组一主一从，前面3个做主节点，后面3个做从节点。下面交互的时候 需要输入 yes 才可以创建。
--cluster-replicas 1 表示每个主节点必须有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) 5461
   2) (integer) 10922                                    #哈希槽编号范围
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6002                                   #主节点IP和端口号
      3) "fdca661922216dd69a63a7c9d3c4540cd6baef44"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6005                                   #从节点IP和端口号
      3) "a2c0c32aff0f38980accd2b63d6d952812e44740"
2) 1) (integer) 0
   2) (integer) 5460                                    
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6001                   #主节点IP和端口号
      3) "0e5873747a2e26bdc935bc76c2bafb19d0a54b11"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6004                    #从节点IP和端口号
      3) "8842ef5584a85005e135fd0ee59e5a0d67b0cf8e"
3) 1) (integer) 10923
   2) (integer) 16383
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6003                         #主节点IP和端口号
      3) "816ddaa3d1469540b2ffbcaaf9aa867646846b30"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6006                          #从节点IP和端口号
      3) "f847077bfe6722466e96178ae8cbb09dc8b4d5eb"

127.0.0.1:6001> set name yss
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002        #主节点端口号6002，对应从节点端口号6005
OK

127.0.0.1:6001> cluster keyslot name                    #查看name键的槽编号

redis-cli -p 6005 -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"