Redis高可用——主从复制、哨兵、cluster集群

落宿
188 阅读11分钟

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。

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。

Redis主从架构可以解决单机的读写瓶颈问题，但是没有自动故障转移功能，不能解决master单点故障问题。

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。

总结

  • 从节点向主节点发送请求同步命令。
  • 主节点启动后台进程，执行rdb操作，将内存数据快照保存硬盘文件中。主节点把数据文件发送到从节点，从节点将数据保存到硬盘上，然后加载到内存，进行读取复制。
  • 之后如果主节点还有数据改动，再将保存的数据文件发送给从节点，从节点再加载。

搭建Redis主从复制

  • Master节点：192.168.44.20
  • Slave1节点：192.168.44.30
  • Slave2节点：192.168.44.40

提前关闭所有主机的关闭防火墙和selinux

操作过程

  1. 安装redis，在NoSQL之Redis配置及优化篇中有完整过程：NoSQL之Redis配置及优化 - 掘金 (juejin.cn)

  2. Master节点修改Redis配置文件 image.png image.png image.png image.png image.png image.png

  3. Slave节点修改Redis配置文件 image.png image.png image.png image.png image.png image.png image.png

  4. 验证主从成果

    • 在Master节点上看日志/var/log/redis_6379.log image.png

    • 在Master节点上验证从节点 image.png

Redis 哨兵模式

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。

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。

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

  • 过滤掉不健康的（己下线的），没有回复哨兵ping响应的从节点。

  • 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）

  • 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，所以必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：192.168.44.20
  • Slave1节点：192.168.44.30
  • Slave2节点：192.168.44.40

提前关闭所有主机的关闭防火墙和selinux

操作过程

  1. 所有节点修改Redis哨兵模式配置文件

    • 将哨兵模式配置文件复制到/etc/redis目录下 image.png image.png

    • 修改/etc/redis配置文件 image.png image.png image.png image.png

  2. 启动哨兵模式，先启动master，再启动slave image.png

  3. 查看哨兵信息 image.png

故障模拟

  • 关闭主节点redis/etc/init.d/redis_6379 stop，或者用进程号kill掉redis image.png

    • 如果kill掉之后要启动，需要先删掉/var/run/中的redis_6379.pid，然后再启动 image.png image.png

  • 在哨兵上查看日志，验证master是否切换至从服务器 image.png

  • 查看哨兵信息 image.png

Redis 集群模式

集群，即Redis Cluster，是Redis3.0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。

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，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。

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）。
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5000号哈希槽
  • 节点B包含5001到10000号哈希槽
  • 节点c包含10001到16383号哈希槽

image.png

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5001-10000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。

搭建 Redis 集群模式

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I 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。

操作过程

  1. 在redis目录中创建redis-cluster目录，在该目录下创建六个子节点目录 image.png

  2. 给每个节点目录加上配置文件和执行工具。由于都是相同的操作，所以用for循环实现 image.png

  3. 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。 image.png image.png image.png image.png image.png image.png

  4. 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。由于都是相同的操作，所以用for循环实现 image.png image.png

  5. 启动集群

    • 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。 image.png image.png

  6. 测试群集

    • 进入6001端口，执行cluster slots image.png

    • 再次进入6001端口，加个-c选项（可自动跳转端口） image.png

      • 自动跳转执行get命令 image.png

      • 在从节点执行get命令 image.png

    • 查看键所在哈希槽 image.png

    • 查看集群模式节点出状态 image.png

总结

redis哨兵模式

  • 优点：能够实现主从复制架构中的主节点的自动故障转移
  • 缺点：写操作无法负载均衡，存储能力受到单机限制，从节点无法自动故障转移

结构

  • 数据节点：主从复制架构中的主节点和从节点，存储数据的
  • 哨兵节点：不存储数据，由一个或多个(奇数个)哨兵节点组成。监控主从和其它哨兵节点，主节点自动故障转移，通知故障转移结果

工作流程

  1. 每个哨兵节点会定期的给主从节点和其它哨兵节点发送心跳消息(ping)，如果主节点在超时时间内没有回复或回复错误消息，那么哨兵节点会认为该主节点为主观下线，当到达一定数量的哨兵节点认为该主节点主观下线了，则改主节点则为客观下线
  2. 哨兵节点会通过算法选举出一个leader来负责主节点的故障转移和通知
  3. leader会根据从节点的优先级设置或者偏移量挑选出-一个从节点为新的主节点，并让其它从节点指向新的主节点做主从复制
  4. 若原来的主节点恢复了会变成从节点指向新的主节点

端口号

  • 6379：redis端口号，客户端服务端数据通信，或者主从节点间数据通信
  • 16379：用于集群总线，这是一个用二 进制协议的点对点通信信道。这个集群总线(Cluster bus)用于节点的失败侦测、配置更新、故障转移授权，等等。
  • 26379：哨兵节点间通信
avatar
文章
阅读
粉丝