Redis的主从复制，哨兵和Cluster集群
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一、Redis的高可用
1.1 redis高可用的概念
在web服务器中高可用是指服务器可以正常访问的时间衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等)。
高可用的计算公式是1-宕机时间/宕机时间+运行时间有点类似与网络传输的参数误码率我们用9的个数表示可用性
2个999%一年内宕机时长1%×365天=3.6524天=87.6h
4个999.99%一年内宕机时长0.01%×365天=52.56min
5个999.999%一年内宕机时长0.001%*365天=5.265min
11个9几乎一年宕机时间只有几秒钟
但是在Redis语境中高可用的含义似乎要宽泛一些除了保证提供正常服务如主从分离、快速容灾技术还需要考虑数据容量的扩展、数据安全不会丢失等。
1.2 Redis的高可用技术
在Redis中实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和cluster集群下面分别说明它们的作用以及解决了什么样的问题。
-
持久化 持久化是最简单的高可用方法有时甚至不被归为高可用的手段主要作用是数据备份即将数据存储在硬盘保证数据不会因进程退出而丢失。
-
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和同步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哨兵实现了自动化的故障恢复。主挂了找一个从成为新的主哨兵节点进行监控
- 缺陷写操作无法负载均衡存储能力受到单机的限制。
-
Cluster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。6台起步成双成对3主3从
二、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。
2.1 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。
2.2 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。
4Master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。
三、Redis一主二从的部署
实验组件
| 主从 | redis的版本号 | IP地址 |
|---|---|---|
| master | redis-5.0.7 | 192.168.73.105 |
| slave1 | redis-5.0.7 | 192.168.73.106 |
| slave2 | redis-5.0.7 | 192.168.73.107 |
实验具体步骤
实验前准备好三台源码编译安装好的redis虚拟机
步骤一修改master节点的配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行,修改监听地址为0.0.0.0生产环境中尤其是多网卡最好填写物理网卡的IP
daemonize yes #137行开启守护进程后台启动
logfile /var/log/redis_6379.log #172行指定日志文件存放目录
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 #重启redis服务
步骤二修改slave节点的配置文件
#修改slave1的配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行,修改监听地址为0.0.0.0生产环境中需要填写物理网卡的IP
daemonize yes #137行,开启守护进程后台启动
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 192.168.73.105 6379 #288行,指定要同步的Master节点的IP和端口
appendonly yes #700行,修改为yes开启AOF持久化功能
#将配置文件传给slave2
scp /etc/redis/6379.conf 192.168.73.107:/etc/redis/
/etc/init.d/redis_6379 restart #重启redis
netstat -natp | grep redis #查看主从服务器是否已建立连接
实验测试
master写入数据
127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> set name zhangsan
127.0.0.1:6379> get name
两个从库查看数据库
四、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。
哨兵模式的组成
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。
4.1 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。
此外哨兵节点也可以是单独独立在其他的主机上并不需要一定安装redis主从复制的节点服务器上
4.2 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
4.3 哨兵模式中主节点的选拔
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。
五、Redis哨兵模式的部署
实验组件部署
| 主从 | redis的版本号 | IP地址 | 哨兵点 |
|---|---|---|---|
| master | redis-5.0.7 | 192.168.73.105 | Sentinel 1 |
| slave1 | redis-5.0.7 | 192.168.73.106 | Sentinel 2 |
| slave2 | redis-5.0.7 | 192.168.73.107 | Sentinel 3 |
实验具体操作步骤
在redis主从复制的基础上进行哨兵模式的部署
步骤一修改哨兵节点的配置文件
哨兵的的配置文件是redis软件中自带的配置
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
......
protected-mode no #17行取消注释关闭保护模式
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行指定日志文件存放路径
dir "/var/lib/redis/6379" #65行指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.73.105 6379 2 #84行修改
#指定该哨兵节点监控192.168.73.105:6379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 3000 #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行同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间180秒
#传给两外2个哨兵节点
scp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf 192.168.73.106:/opt/redis-5.0.7/
scp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf 192.168.73.107:/opt/redis-5.0.7/
步骤二启动 哨兵模式查看其监控状态
#启动三台哨兵
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
#在哨兵节点查看监控状态
[root@localhost ~]# redis-cli -p 26379 info Sentinel
实验测试
故障模拟
#在Master 上查看redis-server进程号: [root@localhost ~]# ps -ef | grep redis #杀死 Master 节点上redis-server的进程号 [root@localhost ~]# kill -9 pid号 #Master节点上redis-server的进程号 [root@localhost ~]# netstat -natp | grep redis
实验结果
[root@localhost redis-5.0.7]# tail -f /var/log/sentinel.log
#新master进行键值对的创建
[root@localhost redis-5.0.7]# redis-cli
127.0.0.1:6379> set newname lisi
OK
127.0.0.1:6379> get newname
"lisi"
127.0.0.1:6379>
测试结果
六、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。
6.1 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。
6.2 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
七、Redis集群的部署
真实生产环境中redis的cluster集群至少需要六台服务器才能实现 如果因为电脑性能问题
可以尝试redis多实例部署
实验组件的部署
实验的具体步骤
步骤一修改主配置文件
cd /opt/redis-5.0.7/
vim redis.conf
......
bind 192.168.73.105 #69行修改为监听自己的物理网卡IP
protected-mode no #88行修改为no关闭保护模式
port 6379 #92行redis默认监听端口
daemonize yes #136行开启守护进程以独立进程启动
appendonly yes #700行修改为yes开启AOF持久化
cluster-enabled yes #832行取消注释开启群集功能
cluster-config-file nodes-6379.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
#将文件传给另外5个节点之后每个节点要修改监听地址为主机本身的监听地址
[root@localhost redis-5.0.7]# scp redis.conf 192.168.73.106:`pwd`
[root@localhost redis-5.0.7]# scp redis.conf 192.168.73.107:`pwd`
[root@localhost redis-5.0.7]# scp redis.conf 192.168.73.109:`pwd`
[root@localhost redis-5.0.7]# scp redis.conf 192.168.73.110:`pwd`
[root@localhost redis-5.0.7]# scp redis.conf 192.168.73.111:`pwd`
步骤二 进行redis的启动和集群启动
集群模式启动时注意 /etc/initid/redis_6379 不能启动个体redis
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-server redis.conf #启动redis节点
##六个主机分为三组三主三从前面的做主节点后面的做从节点下免交互的时候需要输入yes才可以创建 "-replicas 1"表示每个主节点有一个从节点
#前三台为Master后三台为Slave
redis-cli -h 192.168.73.105 --cluster create 192.168.73.105:6379 192.168.73.106:6379 192.168.73.107:6379 192.168.73.109:6379 192.168.73.110:6379 192.168.73.111:6379 --cluster-replicas 1
集群模式的测试
#集群模式要求用物理网卡登录
redis-cli -h 192.168.73.105 -c
#查看集群的hash槽和主从关系
cluster slots
