Redis的主从复制、哨兵、cluster集群

中强要加油了
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1.Rdis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。

1.1 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。

1.2 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。

2.搭建Redis主从复制

2.1 实验内容

主从虚机IP地址
mastercentos7-1192.168.223.100
slave1centos7-2192.168.223.101
slave2centos7-3192.168.223.102

2.2 具体操作

1.先将我们的主从服务器全部安装上redis数据库

image.png

2.修改从服务器的配置文件，两台都要进行配置

image.png

3.进入到主服务器中进行测试

redis-cli -h 192.168.223.100 -p 6379 -a abc123

info replication

image.png

4.从服务器上查看

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3.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。

3.1 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。

image.png

3.2 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。

3.3 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

3.4 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。

4.搭建Redis哨兵模式

4.1 实验环境：

我们就使用上个实验留下来的主动复制采用的三台机器用来部署哨兵模式

4.2 具体操作

1.将我们的源码包复制到我们的redis/conf目录下

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2.使用redis用户管理这个文件

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3.修改哨兵模式的配置文件

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4.自己写一个vip漂移脚本，使如果为master就直接添加vip地址，如果不是master就关闭vip地址

#!/bin/bash

master_ip=$6
#第六个参数
interface="ens33"
local_ip=`ifconfig $interface | awk 'NR==2 {print $2}'`
vip="192.168.223.200"
netmask="24"
key="1"

if [ "$master_ip" = "$local_ip" ]
then
/sbin/ifconfig ${interface}:${key} ${vip}/${netmask}
#创建vip地址
exit 0
else
/sbin/ifconfig ${interface}:${key} down
#如果不是本机地址就直接关闭vip地址
fi
exit 1

image.png

5.测试我们建立的脚本

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6.将这个脚本传送给其他哨兵主机

image.png

7.再次修改哨兵配置文件sentinel.conf，每台都要修改

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8.之后启动我们的哨兵模式

redis-sentinel ./sentinel.conf &

image.png

9.使用我们的哨兵模式进入redis查看我们的哨兵状态

redis-cli -h 192.168.223.100 -p 26379

info sentinel

image.png

10.自己为我们的主服务器添加一个vip地址

ifconfig ens33:1 192.168.223.200/24

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11.测试这个哨兵模式，我们自己把当前主服务的redis关闭，查看是否能故障转移

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5.Redis集群

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。

5.1 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。

5.2 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

6352c27c33290e3d8a8c6231cabcf7e.png

5.3 搭建Redis 集群模式

实验环境：

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。

具体操作：

1.先去我们redis文件夹下创建一个redis集群

image.png

2.进入集群目录中，我们创建多实例的文件夹

image.png

3.使用for循环把我们需要的源文件复制到我们的多实例中

for i in {1..6}
do
cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-7.0.9/src/redis-cli /opt/redis-7.0.9/src/redis-server /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i
done

image.png

4.进入redi6001中修改配置文件

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pidfile /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001/redis_6001.pid

logfile "/usr/local/redis/redis-cluster/redis6001/redis_6001.log"

image.png

image.png

image.png

5.继续使用for循环把另外5个配置文件的端口号都进行修改

[root@localhost redis6001]#for i in {2..6}
> do
> \cp -f redis.conf ../redis600$i
> done

image.png

6.再使用sed将里面的端口号改为自己文件对应的端口号，注意每个文件夹的文件都需要修改

sed -i 's/6001/6002/' redis.conf

sed -n '/6002/p' redis.conf

image.png

7.使用for循环来一起启动这些redis实例

for d in {1..6}
do
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$d
./redis-server ./redis.conf
done

ps -elf | grep redis-server

image.png

8.之后我们启动集群

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

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9.进入我们的6001redis服务器中查看我们的集群状态

cluster nodes

cluster slots

image.png

image.png

redis-cli -p 6001 -c
# -c选项可以显示出我们数据转入的服务器

image.png

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5.4.如果想扩充自己的集群怎么做

1.再多创建两个多实例

image.png

2.把里面的端口号进行修改

sed -i 's/6001/6007/' redis.conf

sed -n '/6007/p' redis.conf

image.png

3.两个实例处理好了之后启动这个两个实例

./redis-server ./redis.conf

image.png

4.我们进入数据库中进行操作，添加7与8的进入集群

image.png

image.png

5.我们进入6008实例，做与6007的主从复制

image.png

6.对主服务器6007 分配哈希槽

redis-cli -p 6007 --cluster reshard 127.0.0.1:6001
# --cluster reshard 表示重新分配6001的哈希槽

image.png

image.png

image.png

image.png

7.再去查看集群状态

image.png

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