Redis三种模式——主从复制，哨兵模式，集群

目录

一、主从复制

 1.1主从复制的概念

  1.2Redis主从复制作用

 1.2.1数据冗余

 1.2.2故障恢复

  1.2.3负载均衡

 1.2.4高可用基石

 1.3Redis主从复制流程

   1.4部署Redis 主从复制

1.4.1.环境部署

 1.4.2.所有服务器都先关闭防火墙

 1.4.3.所有服务器都安装Redis

 1.4.4修改Master主节点Redis的配置文件

  1.6验证主从效果（192.168.40.17）

   1.6.1在Master节点上面验证从节点

二.Redis 哨兵模式 

 2.1哨兵模式的原理 

 2.2哨兵模式的作用

 2.3哨兵模式的结构

  2.4故障转移机制

 2.4.1由哨兵节点定期监控发现主节点是否出现了故障

  2.4.2当主节点出现故障

  2.4.3由leader哨兵节点执行故障转移，过程如下:

  2.5主节点的选举

  2.7环境准备

2.8修改Redis配置文件(所有节点操作)

 2.9启动哨兵模式​并查看信息

  2.10故障模拟

​编辑  三.Redis集群模式 

 3.1redis群集的概念

  3.2集群的作用

 3.2.1数据分区

 3.2.2高可用

  3.3集群模式的数据分片

 3.4集群模式的主从复制模型

 3.5Redis集群部署

 3.5.1环境准备

3.6准备操作

  3.7开启群集功能​

  3.8启动redis节点

 3.9启动集群

  3.10测试群集

  四.总结

一、主从复制

 1.1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。

 

  1.2Redis主从复制作用

 1.2.1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。

 1.2.2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。

  1.2.3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。

 1.2.4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。

 1.3Redis主从复制流程

  • 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。
  • 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。
  • 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。
  • 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。

 

   1.4部署Redis 主从复制

1.4.1.环境部署

Master节点 192.168.40.172   redis-5.0.7.tar.gz
Slave1节点 192.168.40.170   redis-5.0.7.tar.gz
Slave2节点 192.168.40.17   redis-5.0.7.tar.gz

 1.4.2.所有服务器都先关闭防火墙

systemctl stop firewalld
setenforce 0
systemctl disable firewalld

 1.4.3.所有服务器都安装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
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/

 1.4.4修改Master主节点Redis的配置文件

vim /etc/redis/6379.conf
#70行，修改bind 项，0.0.0.0监听所有网段
bind 0.0.0.0
#137行，开启守护进程
daemonize yes
#172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行，指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#700行，开启AOF持久化功能
appendonly yes
 
/etc/init.d/redis_6379 restart
netstat -natp | grep redis

  1.6验证主从效果（192.168.40.17）

首先在Master上节点上查看日志
 
tail -f /var/log/redis_6379.log

   1.6.1在Master节点上面验证从节点

redis-cli info replication

 

 

二.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。

 2.1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。

 2.2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。

 2.3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，被哨主观下线后，不会再有后续的客观下线和故障转移操作。

  2.4故障转移机制

 2.4.1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。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

  2.4.2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。

  2.4.3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;
  • 通知客户端主节点己经更换。

  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。

  2.5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，所以须把主从模式安装好的情况下再去做哨兵模式

  2.7环境准备

​​​Master：192.168.40.17
​​Slave1：​192.168.40.170
​​Slave2：​192.168.40.172

2.8修改Redis配置文件(所有节点操作)

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 192.168.40.17 6379 2        #84行， 修改
指定该哨兵节点监控192.168.40.17:6379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 )

 2.9启动哨兵模式​并查看信息

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
redis-cli -p 26379 info Sentinel

  2.10故障模拟

#在Master 上查看redis-server进程号:
ps -elf | grep redis
 
#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9  redis进程号     #Master节点上redis-server的进程号
 
#验证master是转换至从服务器
tail -f /var/log/sentinel.log
 
#在Slave上查看是否转换成功
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel


  三.Redis集群模式 

 3.1redis群集的概念

  • 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。

  3.2集群的作用

 3.2.1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。

 3.2.2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。

  3.3集群模式的数据分片

  • 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

 3.4集群模式的主从复制模型

  • 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位为主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。

 3.5Redis集群部署

 3.5.1环境准备

  • 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3台服务器上模拟,每台主机上设置一主一备，以IP地址和端口进行区分：
  • 三个主节点端口号：6001,6002,6003
  • 对应的的从节点端口号：7001,7002,7003
192.168.40.16 master
 
这里为了方便所有的节点都在同一台服务器上模拟

3.6准备操作

cd /etc/redis
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
 
for i in {1..6}
do
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
done

  3.7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个端口要不一样
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
 
vim redis.conf
#bind 127.0.0.1                      #69行，注释掉bind项,默认监听所有网卡
protected-mode no                      #88行，修改，关闭保护模式
port 6001                              #92行，修改，redis监听端口，
daemonize yes                          #136行,开启守护进程,以独立进程启动
cluster-enabled yes                    #832行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.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
appendonly yes                         #700行，修改，开启AOF持久化

  3.8启动redis节点

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 /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
 
for i in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
redis-server redis.conf
done
 
ps -ef | grep redis

 3.9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
 
yes

  3.10测试群集

redis-cli -p 6001 -c   #加-c参数，节点之间就可以互相跳转 
cluster slots     #查看节点的哈希槽编号范围
 
set test lisi
cluster keyslot test  #查看name键的槽编号

 

  四.总结

1.主从复制适用于数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。


2.哨兵模式基于主从复制，部署哨兵模式必须先部署主从复制，其在主从复制基础上提供了自动化的故障恢复。但是其写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制。


3.Redis集群提供了分布式存储方案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，其集群最低需要6个节点，三主三从，实现Redis高可用

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