灵活使用Redis高可用

1 Redis高可用

1.1 Redis的高可用方式

主从复制：

主从复制时高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在主从复制的基础上实现高可用。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。缺陷：复制恢复无法自动化，写操作无法负载均衡，存储能力受到单机限制。

哨兵：

在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。缺陷：写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制，哨兵无法对节点进行自动故障专一，在读写分离场景下，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，以及存储能力受单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案。

1.2 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。

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Master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。

1.3 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室，哨兵会开始自动故障转移操作，他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

哨兵的结构

哨兵节点：哨兵系统由一个或者多个哨兵节点组成（≥3），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（一主多从，从≥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

每个哨兵节点每隔一秒会向主节点、从节点及其他哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测，如果主节点在一定时间范围内不回复或者回复一个错误消息，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）当主主节点处现故障，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三个节点。

3）由leader哨兵节点执行故障转移过程

将某一个从节点升级为新的主节点，让其他从节点指向新的主节点
若源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

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

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-priorty，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，

工作原理

1.每个哨兵都会定时探测主节点、从节点、及其他哨兵节点的运行状态

2.当哨兵节点探测主节点异常，则会认为主节点主观下线

3.当超过指定数量的哨兵节点认为主节点主观下线，则认为主节点客观下线

4.哨兵节点会通过raft算法选举出leader，再由leader负责故障转移和通知

5.将一个从节点提升为一个新的主节点，让其他从节点指向新的主节点做主从复制

6.写VIP也会漂移到新的主节点上

7.原主节点恢复后也会自动变成从节点指向新的主节点做主从复制

1.4 集群模式

集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。

集群由多个组节点（Node）组成，Redis的数据分布在这些节点组中。节点组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）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。

2）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组节点，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bgwriteeao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，全量复制节点主节点的复制缓冲区可能溢出。

Redis集群的数据分片

Redis集群引入了哈希槽的概念

Redis集群由16384个哈希槽（编号0-13683）

集群的每组节点负责一部分的哈希槽

每个键通过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。

2 主从复制部署

一主两从

Master节点：192.168.111.11

Slave1节点：192.168.111.12

Slave2节点：192.168.111.13

配置环境

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config</span></span>

修改内核参数

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048

sysctl -p</span></span>

安装redis

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf /opt/redis-7.0.9.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-7.0.9
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#由于Redis源码包中直接提供了 Makefile 文件，所以在解压完软件包后，不用先执行 ./configure 进行配置，可直接执行 make 与 make install 命令进行安装。</span></span>

创建redis工作目录

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/conf/

useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis.redis /usr/local/redis/</span></span>

环境变量

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">#环境变量
vim /etc/profile 
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin     #增加一行

source /etc/profile</span></span>

定义systemd服务管理脚本

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /usr/lib/systemd/system/redis-server.service
[Unit]
Description=Redis Server
After=network.target

[Service]
User=redis
Group=redis
Type=forking
TimeoutSec=0
PIDFile=/usr/local/redis/log/redis_6379.pid
ExecStart=/usr/local/redis/bin/redis-server /usr/local/redis/conf/redis.conf
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target</span></span>

修改 Redis 配置文件（Master节点操作）

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0                                    #87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no                               #111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379                                       #138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes                                   #309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid     #341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"   #354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data                       #504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123                             #1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes                                  #1380行，开启AOF


systemctl restart redis-server.service</span></span>

修改 Redis 配置文件（Slave节点操作）

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0                                    #87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no                               #111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379                                       #138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes                                   #309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid     #341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"   #354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data                       #504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123                             #1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes                                  #1380行，开启AOF
replicaof 192.168.80.10 6379                    #528行，指定要同步的Master节点IP和端口
#masterauth abc123                              #535行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepass


systemctl restart redis-server.service</span></span>

验证主从效果

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">在Master节点上看日志：
tail -f /usr/local/redis/log/redis_6379.log 
Replica 192.168.80.11:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.80.12:6379 asks for synchronization
Synchronization with replica 192.168.80.11:6379 succeeded
Synchronization with replica 192.168.80.12:6379 succeeded</span></span>

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">在Master节点上验证从节点：
redis-cli info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.80.11,port=6379,state=online,offset=1246,lag=0
slave1:ip=192.168.80.12,port=6379,state=online,offset=1246,lag=1</span></span>

3 Redis哨兵模式部署

Master节点：192.168.111.11 Slave1节点：192.168.111.22 Slave2节点：192.168.111.33

修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /usr/local/redis/conf/sentinel.conf
protected-mode no                                   #6行，关闭保护模式
port 26379                                          #10行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes                                       #15行，指定sentinel为后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis-sentinel.pid     #20行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/sentinel.log"         #25行，指定日志存放路径
dir /usr/local/redis/data                           #54行，指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.80.10 6379 2      #73行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.80.10:6379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 auth-pass mymaster abc123                 #76行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepass
sentinel down-after-milliseconds mymaster 3000      #114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           #214行，同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间（180秒）</span></span>

编辑VIP漂移脚本，做自动故障转移

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">vim /usr/local/redis/conf/sentinel.conf
sentinel client-reconfig-script mymaster /usr/local/redis/conf/failover.sh  255行定义脚本位置</span></span>

建立虚拟ip并启动，启动哨兵模式

先启master，再启slave

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">cd /usr/local/redis/conf/
redis-sentinel sentinel.conf &</span></span>

查看哨兵信息

故障模拟

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">查看redis-server进程号：
ps -ef | grep redis
杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 57031           #Master节点上redis-server的进程号</span></span>

验证结果

在新主上查看VIP是否漂移，和哨兵信息

4 Redis群集模式

4.1 Redis群集模式部署

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。

创建Redis多实例，并把配置文件导入到实例目录中

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">cd /usr/local/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}

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</span></span>

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。

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
#bind 127.0.0.1                                 #87行，注释掉bind项，默认监听所有网卡
protected-mode no                               #111行，关闭保护模式
port 6001                                       #138行，修改redis监听端口
daemonize yes                                   #309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6001.pid     #341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6001.log"   #354行，指定日志文件
dir ./                                          #504行，指定持久化文件所在目录
appendonly yes                                  #1379行，开启AOF
cluster-enabled yes                             #1576行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf             #1584行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000                      #1590行，取消注释群集超时时间设置</span></span>

启动redis节点（一定要授权！！！）

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">分别进入那六个文件夹，执行命令：redis-server redis.conf ，来启动redis节点
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
或者
for d in {1..6}
do
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$d
./redis-server redis.conf
done

ps -ef | grep redis</span></span>

启动集群

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">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

#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。</span></span>

测试群集

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-cli -p 6001 -c                    #加-c参数，节点之间就可以互相跳转
127.0.0.1:6001> cluster slots           #查看节点的哈希槽编号范围</span></span>

测试建立新键是否会根据CRC16算法自动分配哈希槽，主从是否可以复制，其他组是否不受影响

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">127.0.0.1:6001> set name zhangsan
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6003
OK

127.0.0.1:6001> cluster keyslot name                    #查看name键的槽编号

redis-cli -p 6004 -c
127.0.0.1:6004> keys *                          #对应的slave节点也有这条数据，但是别的节点没有
1) "name"


redis-cli -p 6001 -c cluster nodes</span></span>

查看各组主从状态

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-cli -p 6001 -c cluster nodes</span></span>

4.2 Cluster 集群增加节点动态扩容

redis 5的集群支持在有负载的情况下增加节点动态扩容。

已有集群为6个节点127.0.0.1:6001 - 127.0.0.1:6006，3组主从节点。现要增加第4组主从节点127.0.0.1:6007，127.0.0.1:6008

创建一个新的主节点127.0.0.1:6007。命令里需要指定一个已有节点以便于获取集群信息，本例是指定的127.0.0.1:6001，需要创建两个实例目录

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-cli -p 6001 --cluster add-node 127.0.0.1:6007 127.0.0.1:6001
或
redis-cli -p 6001
cluster meet 127.0.0.1 6007
cluster meet 127.0.0.1 6008</span></span>

将127.0.0.1:6008创建为127.0.0.1:6007的从节点。命令里需要指定一个已有节点以便于获取集群信息和主节点的node ID

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-cli -p 6001 --cluster add-node 127.0.0.1:6008 127.0.0.1:6001 --cluster-slave --cluster-master-id e44678abed249e22482559136bf45280fd3ac281
或
redis-cli -p 6008
cluster replicate e44678abed249e22482559136bf45280fd3ac281</span></span>

新加入的主节点是没有槽数的，只有初始化集群的时候，才会根据主的数据分配好，如新增的主节点，需要手动分配

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-cli -p 6007 --cluster reshard 127.0.0.1:6001 --cluster-from e1a033e07f0064e6400825b4ddbcd6680c032d10 --cluster-to e44678abed249e22482559136bf45280fd3ac281 --cluster-slots 1000 --cluster-yes
或
redis-cli -p 6007 --cluster reshard 127.0.0.1:6001
How many slots do you want to move (from 1 to 16384)? 1000                    #指定转移槽的数量
What is the receiving node ID? e44678abed249e22482559136bf45280fd3ac281       #指定接收槽数量的主节点node ID
Please enter all the source node IDs.
Type 'all' to use all the nodes as source nodes for the hash slots.
Type 'done' once you entered all the source nodes IDs.
Source node #1: e1a033e07f0064e6400825b4ddbcd6680c032d10           #指定分配的主节点node ID
Source node #2: done                                               #输入完毕，开始转移</span></span>

查看集群状态

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">redis-cli -p 6001 cluster nodes</span></span>