Redis數據庫（四）——Redis集群模式（主從復制、哨兵、Cluster）

• 一、Redis主從復制
• • 1、主從復制流程
• 二、哨兵模式
• • 1、哨兵模式集群架構
  • 2、哨兵模式主要功能
  • 3、哨兵監控整個系統節點的過程
  • 4、主觀下線
  • 5、客觀下線
  • 6、master 選舉
  • 7、故障遷移
  • 8、優點與缺點
• 三、Cluster群集
• 四、實驗一（主從復制）
• 五、實驗二（哨兵模式）
• 六、實驗三（Cluster群集）
• 總結
• • 主從復制流程
  • 哨兵主要功能
  • Cluster群集的功能

一、Redis主從復制

• 通過持久化功能，redis保證了即使在服務器重啟的情況下也不會丟失(或少量丟失)數據，因為持久化會把內存中的數據保存到硬盤上，重啟會從硬盤上加載數據，但是由于數據是存儲在一臺服務器上的，如果這臺服務器出現硬盤故障等問題，也會導致數據丟失。
• 為了避免單點故障，通常的做法是將數據庫復制多個副本以部署在不同的服務器上，這樣即使有一臺服務器出現故障，其他服務器依然可以繼續提供服務，為此， redis提供了復制(replication)功能，可以實現當一臺數據庫中的數據更新后，自動將更新的數據同步到其他數據庫上。
• 在復制的概念中，數據庫分為兩類，一類是主數據庫(master) ，另一類是從數據(slave) 。主數據可以進行讀寫操作，當寫操作導致數據變化時會自動將數據同步給從數據庫，而從數據庫一般是只讀的，并接受主數據同步過來的數據。一個主數據庫可以擁有多個從數據庫，而一個從數據庫只能擁有一個主數據庫。

1、主從復制流程

• 【1】若啟動一個slave機器進程，則它會向master機器發送一個“sync command”命令，請求同步連接

• 【2】無論是第一次連接還是重新連接，master機器都會啟動一個后臺進程，將數據快照（RDB）保存到數據文件中（執行RDB操作），同時master還會記錄修改數據的所有命令，并緩存在數據文件中

• 【3】后臺進程完成緩存操作后，master機器就會向slave機器發送數據文件，slave端機器將數據文件保存在硬盤上，然后將其加載到內存中，接著master機器就會將修改數據的所有操作一并發送給slave端機器。若slave出現故障導致宕機，則恢復正常后會自動重新連接

• 【4】master機器收到slave端機器的連接后，將其完整的數據文件發送給slave端機器，如果master同時收到多個slave發來的同步請求，則master會在后臺啟動一個進程以保存數據文件，然后將其發送給所有的slave端機器，確保所有的slave端機器都正常工作

二、哨兵模式

1、哨兵模式集群架構

• 哨兵是Redis集群架構中非常重要的一個組件，哨兵的出現主要是解決了主從復制出現故障時需要認為干預的問題

2、哨兵模式主要功能

• 【1】集群監控：負責監控 Redis master 和 slave 進程是否正常工作
• 【2】消息通知：如果某個 Redis 實例出現故障，那么哨兵負責發送消息作為報警通知給管理員
• 【3】故障轉移：如果 master node 掛掉了，會自動轉移到 slave node 上
• 【4】配置中心：如果故障轉移發生了，通知 client 客戶端習新的 master 地址

3、哨兵監控整個系統節點的過程

• 【1】首先主節點的信息是配置在哨兵的配置文件中
• 【2】哨兵節點會和配置的主節點建立起兩條連接命令連接和訂閱連接
• 【3】哨兵會通過命令連接每10s發送一次INFO命令，通過INFO命令，主節點會返回自己的run_id 和自己的從節點信息
• 【4】哨兵會對這些從節點也建立兩條連接命令連接和訂閱連接
• 【5】哨兵通過命令連接向從節點發送INFO命令，獲取到他的一些信息：
  • run_id（redis服務器id）
  • role（職能）
  • 從服務器的復制偏移量 offset
  • 其他
• 【6】通過命令連接向服務器的 _sentinel:hello 頻道發送一條消息，包括自己的ip端口、run_id、配置（后續投票的時候會用到）等
• 【7】通過訂閱連接對服務器的 _sentinel:hello 頻道做監聽，所以所有的向該頻道發送的哨兵消息都能被接收到
• 【8】解析監聽到的消息，進行分析提取，就可以知道還有哪些別的哨兵服務節點也在監聽這些主從節點了，更新結構體將這些哨兵節點記錄下來
• 【9】向觀察到的其他的哨兵節點建立命令連接

4、主觀下線

• 哨兵節點會每秒一次的頻率向建立了命令節點的實例發送ping命令，如果在 down-after-milliseconds 毫秒內沒有做出有效響應包括（pong/loading/masterdown）以外的響應，哨兵就會將該實例在本結構體中的狀態標記為 sri_s_down 主觀下線

5、客觀下線

• 當一個哨兵節點發現主節點處于主觀下線狀態時，就會向其他的哨兵節點發出詢問，該節點是否已經主觀下線。如果超過配置參數 quorum 個節點認為是主觀下線時，該哨兵節點就會將自己維護的結構體中該主節點標記為 sri_o_down 客觀下線

6、master 選舉

• 在認為主節點客觀下線的情況下，哨兵節點間會發起一次選舉，命令為： SENTINEL is-master-down-by-addr，只是 run_id 這次會將自己的 run_id 帶進去，希望接受者將自己設置為主節點。如果超過半數以上的節點返回將該節點標記為 leader 的情況下，會有該 leader 對故障進行遷移

7、故障遷移

• 【1】在從節點中挑選出新的從節點
  • 通訊正常
  • 優先級排序
  • 優先級相同時選擇offset最大的
• 【2】將該節點設置成新的主節點 slaveof no one ，并確保在后續的 INGO 命令時，該節點返回狀態為 master
• 【3】將其他的從節點設置成從新的主節點服務， slaveof 命令
• 【4】將舊的主節點變成新的主節點的從節點

8、優點與缺點

• 【優點】：高可用，哨兵模式是基于主從模式的，所有主從模式的優點，哨兵模式都有；主從可以自動切換，系統更健壯，可用性更高
• 【缺點】：redis 比較難支持在線擴容，在群集容量達到上限時在線擴容會變得很復雜

三、Cluster群集

• redis的哨兵模式基本已經可以實現高可用、讀寫分離，但是在這種模式，每臺redis服務器都存儲相同的數據，很浪費內存資源，所以加入了 Cluster 群集模式，實現了redis的分布式存儲，也就是說，每臺redis節點存儲著不同的內容
• 群集部署建議至少3臺以上的master節點，建議使用3主3從六個節點的模式
• Cluster 群集由多個redis服務器組成的分布式網絡服務群集，群集中有多個master主節點，每個主節點都可讀可寫，節點之間會互相通信，兩兩相連，redis群集無中心節點

【1】在 redis-Cluster 群集中，可以給每個主節點添加從節點，主節點和從節點直接遵循主從模型的特性，當用戶需要處理更多讀請求的時候，添加從節點可以擴展系統的讀性能
【2】redis-Cluster 的故障轉移：redis群集的主節點內置了類似 redis sentinel 的節點故障檢測和自動故障轉移功能，當群集中的某個主節點下線時，群集中的其他在線主節點會注意到這點，并且對已經下線的主節點進行故障轉移
【3】群集進行故障轉移的方法和 redis sentinel 進行故障轉移的方法基本一樣，不同的是，在集群里面，故障轉移是由集群中其他在線的主節點復制進行的，所以群集不必另外使用 redis sentinel

四、實驗一（主從復制）

主機IP地址軟件 / 安裝包 / 工具

Master	192.168.184.10	redis-5.0.7.tar.gz
Slave1	192.168.184.30	redis-5.0.7.tar.gz
Slave2	192.168.184.50	redis-5.0.7.tar.gz

#關閉防火墻和核心防護 systemctl stop firewalld systemctl disable firewalld setenforce 0#進行redis的安裝（所有主機都需要安裝） yum install -y gcc gcc-c++ make cd /opt tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz cd /opt/redis-5.0.7/ make -j 2 && 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/#Master節點（192.168.184.10）： vim /etc/redis/6379.conf bind 0.0.0.0 #70行，修改bind 項，0.0.0.0監聽所有網段 daemonize yes #137行，開啟守護進程 logfile /var/log/redis_6379.log #172行，指定日志文件目錄 dir /var/lib/redis/6379 #264行，指定工作目錄 appendonly yes #700行，開啟AOF持久化功能 /etc/init.d/redis_6379 restart #重啟redis服務#slaves節點（192.168.184.30、192.168.184.50）： vim /etc/redis/6379.conf bind 0.0.0.0 #70行，修改bind 項，0.0.0.0監聽所有網卡 daemonize yes #137行，開啟守護進程 logfile /var/log/redis_6379.log #172行，指定日志文件目錄 dir /var/lib/redis/6379 #264行，指定工作目錄 replicaof 192.168.184.10 6379 #288行，指定要同步的Master節點IP和端口 appendonly yes #700行，開啟AOF持久化功能 /etc/init.d/redis_6379 restart#進行主從復制驗證 tail -f /var/log/redis_6379.log #查看master節點日志 redis-cli info replication #master上驗證從節點

五、實驗二（哨兵模式）

• 哨兵的核心功能：在主從復制的基礎上，哨兵引入了主節點的自動故障轉移
• 哨兵：是一個分布式系統，用于對主從結構中的每臺服務器進行監控，當出現故障時通過投票機制選擇新的 master 并將所有 slave 連接到新的 master 。所以整個運行哨兵的集群的數量不得少于3個節點。

#修改配置文件（所有節點） vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf protected-mode no #17行，關閉保護模式 port 26379 #21行，Redis哨兵默認的監聽端口 daemonize yes #26行，指定sentinel為后臺啟動 logfile "/var/log/sentinel.log" #36行，指定日志存放路徑 dir "/var/lib/redis/6379" #65行，指定數據庫存放路徑 sentinel monitor mymaster 192.168.184.10 6379 2 #84行，修改 指定該哨兵節點監控192.168.184.10:6379這個主節點，該主節點的名稱是mymaster，最后的2的含義與主節點的故障判定有關：至少需要2個哨兵節點同意，才能判定主節點故障并進行故障轉移 sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000 #113行，判定服務器down掉的時間周期，默認30000毫秒（30秒） sentinel failover-timeout mymaster 180000 #146行，故障節點的最大超時時間為180000（180秒）#啟動哨兵模式 redis-sentinel /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf & #先啟動master，再啟動slave#查看哨兵信息 redis-cli -p 26379 info sentinel#模擬故障 netstat -natp | grep redis kill -9 redis的進程#查看哨兵的信息 redis-cli -p 26379 info sentinel#查看日志 tail -f /var/log/sentinel.log

六、實驗三（Cluster群集）

主機IP：端口軟件/安裝包/工具

Master1	192.168.184.10:7001	redis-5.0.7.tar.gz
Slave1	192.168.184.60:7006	redis-5.0.7.tar.gz
Master2	192.168.184.30:7003	redis-5.0.7.tar.gz
Slave2	192.168.184.70:7007	redis-5.0.7.tar.gz
Master3	192.168.184.50:7005	redis-5.0.7.tar.gz
Slave3	192.168.184.80:7008	redis-5.0.7.tar.gz

#其他5個文件夾的配置文件以此類推修改，注意6個端口和IP都要不一樣。 vim /etc/redis/6379.confbind 192.168.184.10 #70行，修改bind項，監聽自己的IP protected-mode no #89行，修改，關閉保護模式 port 7001 #93行，修改，redis監聽端口， daemonize yes #137行，以獨立進程啟動 cluster-enabled yes #833行，取消注釋，開啟群集功能 cluster-config-file nodes-6379.conf #841行，取消注釋，群集名稱文件設置，無需修改 cluster-node-timeout 15000 #847行，取消注釋群集超時時間設置 appendonly yes #700行，修改，開啟AOF持久化#重啟服務 /etc/init.d/redis_6379 restart#加入集群 redis-cli --cluster create 192.168.184.10:7001 192.168.184.30:7003 192.168.184.50:7005 192.168.184.60:7006 192.168.184.70:7007 192.168.184.80:7008 --cluster-replicas 1redis-cli -h 192.168.184.10 -p 7001 -c #加-c參數，節點之間就可以互相跳轉 cluster slots #查看節點的哈希槽編號范圍 set sky blue cluster keyslot sky #查看name鍵的槽編號

總結

主從復制流程

• 【1】slave向master機器發送“sync command”命令，請求同步連接
• 【2】master通過fork啟動子進程，將數據快照及緩存命令保存到數據文件中
• 【3】master向slave發送數據文件，slave保存到硬盤后加載到內存，接著master會將修改數據的所有操作一并發送給slave。若slave出現故障導致宕機，則恢復正常后會自動重新連接
• 【4】master收到slave的連接后，將完整的數據文件發送給slave，如果有多個同步請求，則master啟動一個后臺進程保存數據文件，然后發送給所有的slave

哨兵主要功能

• 【1】集群監控：負責監控 Redis master 和 slave 進程是否正常工作
• 【2】消息通知：如果某個 Redis 實例出現故障，那么哨兵負責發送消息作為報警通知給管理員
• 【3】故障轉移：如果 master node 掛掉了，會自動轉移到 slave node 上
• 【4】配置中心：如果故障轉移發生了，通知 client 客戶端習新的 master 地址

Cluster群集的功能

• 【】數據分區：數據分區(或稱數據分片)是集群最核心的功能。
  • 集群將數據分散到多個節點，一方面突破了Redis單機內存大小的限制，存儲容量大大增加；另一方面每個主節點都可以對外提供讀服務和寫服務，大大提高了集群的響應能力。
  • Redis單機內存大小受限問題，在介紹持久化和主從復制時都有提及；例如，如果單機內存太大，bgsave和bgrewriteaof的fork操作可能導致主進程阻塞，主從環境下主機切換時可能導致從節點長時間無法提供服務，全量復制階段主節點的復制緩沖區可能溢出。
• 【】高可用：集群支持主從復制和主節點的自動故障轉移（與哨兵類似）；當任一節點發生故障時，集群仍然可以對外提供服務。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的Redis数据库（四）——Redis集群模式（主从复制、哨兵、Cluster）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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