Redis——(主从复制、哨兵模式、集群)的部署及搭建

时间:2023-12-09 20:34:07

Redis——(主从复制、哨兵模式、集群)的部署及搭建

重点:

  主从复制:主从复制是高可用redis的基础,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。

哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。

缺点: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。

缺点: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,在读写分离的场景下,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

二、Redis哨兵模式

三、Redis集群模式

1、Redis主从复制的概念 :

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、Redis主从复制的作用 :

a)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。
b)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。
c)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。
d)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。

3、Redis主从复制的流程 :

a)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。
b)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。
c)后台进程完成缓存操作之后,Maste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。
d)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。

4、Redis主从复制搭建:

实验环境:三台主机,安装redis  一主2从

三台主机安装redis:

systemctl stop firewalld
setenforce 0 yum install -y gcc gcc-c++ make tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/ cd /opt/redis-5.0.7/
make PREFIX=/usr/local/redis install cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh 回车四次,下一步需要手动输入
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

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修改主服务配置:

vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行,修改bind 项,0.0.0.0监听所有网段
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

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修改从服务配置:基本配置不变,具体是288行要添加内容,记得重启服务

vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行,修改bind 项,0.0.0.0监听所有网卡
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 20.0.0.20 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

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验证主从效果:

在主服务节点上看日志:

tail -f /var/log/redis_6379.log

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在主服务节点上验证从服务节点:

redis-cli info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=20.0.0.30,port=6379,state=online,offset=555,lag=0
slave1:ip=20.0.0.40,port=6379,state=online,offset=555,lag=0

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5、Redis 哨兵模式 :

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

哨兵模式的原理 :

哨兵(sentinel):是一个分布式系统,用于对主从结构中的每台服务器进行监控,

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。

故障转移机制:  

a)由哨兵节点定期监控发现主节点是否出现故障
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。
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
客观下线了。
b)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
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。
c)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
障转移操作。
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,所以必须把主从模式安装好再去做哨兵模式。

6、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,

并让其他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。

7、哨兵模式的结构 :

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。

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,所有节点上都需要部署哨兵模式,哨兵模式会监控所有的 Redis 工作节点是否正常,当 Master 出现问题的时候,因为其他节点与主节点失去联系,因此会投票,投票过半就认为这个 Master 的确出现问题,然后会通知哨兵间,然后从 Slaves 中选取一个作为新的 Master。

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。

8、哨兵模式的搭建:

环境:基于上面主从复制的搭建

修改 Redis 配置文件(所有服务节点)都要编辑

systemctl stop firewalld
setenforce 0 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 20.0.0.20 6379 2 #84行,修改 指定该哨兵节点监控20.0.0.20:6379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)

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启动哨兵模式,先启主在启从:

cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
注意!先启动主服务器,再启动从服务器

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故障模拟:

查看redis-server进程号

ps aux | grep redis

root      57394  0.0  0.1 165620  2660 ?        Ssl  15:12   0:04 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root 58234 0.1 0.1 153844 2720 ? Ssl 16:34 0:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root 58247 0.0 0.0 112676 980 pts/4 R+ 16:34 0:00 grep --color=auto redis
[1]+ 完成 redis-sentinel sentinel.conf

杀死 Master 节点上redis-server的进程号

kill -9 4947			#Master节点上redis-server的进程号

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验证结果:

tail -f /var/log/sentinel.log

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redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

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9、Redis 群集模式 :

集群,即Redis Cluster,是Redis 3.0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。

10、集群的作用 :

a)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。

b)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。

11、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

#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

12、Redis 集群的搭建: