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。

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/

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

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

验证主从效果：

在主服务节点上看日志：

tail -f /var/log/redis_6379.log

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

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：

过滤掉不健康的（已下线的），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）

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

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

验证结果：

tail -f /var/log/sentinel.log

redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

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：