【nosql】redis之高可用(主从复制、哨兵、集群)搭建

redis群集有三种模式

redis群集有三种模式,分别是主从同步/复制哨兵模式Cluster集群,下面会讲解一下三种模式的工作方式,以及如何搭建cluster群集

●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,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。
缺陷:写操作无法负载均衡;存储能力受到单机的限制;哨兵无法对从节点进行自动故障转移,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

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。

1.1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。

1.2、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。

(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。

1.3、搭建Redis 主从复制

Master节点: 192.168.88.10

Slave1节点: 192.168.88.20

Slave2节点: 192.168.88.30

1、全体设置

systemctl stop firewalld

setenforce 0

安装 Redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/

wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.9.tar.gz

cd /opt/redis-5.0.7/

make

make PREFIX=/usr/local/redis install

cd /opt/redis-5.0.7/utils

./install_server.sh

......一直回车

Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server

ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

2、修改 Redis 配置文件(Master节点操作)

vim /etc/redis/6379.conf redis.conf

bind 0.0.0.0 #70行,修改监听地址为0.0.0.0

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

3、修改 Redis 配置文件(两个Slave节点操作)

vim /etc/redis/6379.conf

bind 0.0.0.0 #70行,修改监听地址为0.0.0.0

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 192.168.88.10 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

4、验证主从效果

在Master节点上看日志:

tail -f /var/log/redis_6379.log

Replica 192.168.88.20:6379 asks for synchronization

Replica 192.168.88.30:6379 asks for synchronization

在Master节点上验证从节点:

redis-cli info replication

Replication

role:master

connected_slaves:2

slave0:ip=192.168.88.20,port=6379,state=online,offset=1246,lag=0

slave1:ip=192.168.88.30,port=6379,state=online,offset=1246,lag=1

二、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。

1、哨兵模式原理

●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。

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。

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.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。

3、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,所以须把主从模式安装好的情况下再去做哨兵模式

4、搭建Redis 哨兵模式

因为哨兵模式是基于Redis主从复制,所以之前要配置好主从复制

Master节点:192.168.88.10

Slave1节点:192.168.88.20

Slave2节点:192.168.88.30

1、修改 Redis 哨兵模式的配置文件(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 192.168.88.10 6379 2 #84行,修改 指定该哨兵节点监控192.168.88.10:6379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 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、启动哨兵模式

先启master,再启slave

cd /opt/redis-5.0.7/

redis-sentinel sentinel.conf &

redis-cli -p 26379 info Sentinel

3、故障模拟

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

验证结果

tail -f /var/log/sentinel.log

redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

此时的master变成了20

三、Redis 群集模式

1、什么是Redis集群模式?

  • Redis集群模式就是,可以解决写的操作无法负载均衡,存储受到单机限制,以及故障自动切换功能的一种集群。

  • 集群由多个节点组成,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,只有主节点复制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。

2、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。

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、集群模式的数据分片介绍

  • Redis集群引入了哈希槽的概念
  • Redis集群由16384个哈希槽(编号0-16383)(可能会问)
  • 集群的每一个节点负责一部分哈希槽
  • 每个key通过CRC算法后对16384取余来决定放置哪个槽位。
  • 再通过这个槽找到对应的节点,然后直接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。

如果有新的master节点中加入,那么槽位该怎么分呢?

  • cluster集群会将现有的每个slot移除一部分,每个master移除的solt加起来等于自己等下的即可,然后将槽位给到新加的master中。

slave节点怎么复制master节点的?

  • 每个slave节点对应着自己的master,不仅同步的是master的数据,还同步master的槽位,当master宕机后,salve立马上来进行顶替。
  • 如果slave节点也挂了,并且master节点还没有修复,那么有一整个16384个槽位缺少了这一部分,就导致整个集群无法使用。

4、Redis集群模式部署

Redis集群一般需要6个节点,三主三从。本次实验使用一台设备模拟三主三从。

Redis集群是基于Redis的,在实验前需要先在服务器上部署好Redis服务

在服务器上配置6个redis服务

执行脚本复制配置文件及程序到目录中

#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。

注意要修改端口号

#69行,注释掉bind 项,默认监听所有网卡

#88行,修改,关闭保护模式

#92行,修改,redis监听端口

#136行,开启守护进程,以独立进程启动

#832行,取消注释,开启群集功能

#840行,取消注释,群集名称文件设置

#846行,取消注释群集超时时间设置

#700行,修改,开启AOF持久化
#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

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

启动redis 节点

编写脚本一键执行

查看服务是否启动

#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

#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。

#若使用6台服务器,此处节点ip请换为自己真实ip即端口号

测试群集

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

    1. (integer) 5461
  1. (integer) 10922 #哈希槽编号范围

    1. "127.0.0.1"
  2. (integer) 6003 #主节点IP和端口号

  3. "fdca661922216dd69a63a7c9d3c4540cd6baef44"

    1. "127.0.0.1"
  4. (integer) 6004 #从节点IP和端口号

  5. "a2c0c32aff0f38980accd2b63d6d952812e44740" 第一组:主为6003,从为6004

    1. (integer) 0
  6. (integer) 5460

    1. "127.0.0.1"
  7. (integer) 6001

  8. "0e5873747a2e26bdc935bc76c2bafb19d0a54b11"

    1. "127.0.0.1"
  9. (integer) 6006

  10. "8842ef5584a85005e135fd0ee59e5a0d67b0cf8e" 第二组:主为6001,从为6006

    1. (integer) 10923
  11. (integer) 16383

    1. "127.0.0.1"
  12. (integer) 6002

  13. "816ddaa3d1469540b2ffbcaaf9aa867646846b30"

    1. "127.0.0.1"
  14. (integer) 6005

  15. "f847077bfe6722466e96178ae8cbb09dc8b4d5eb" 第三组:主为6002,从为6005

在6001上创建一个键值对

查看name键的槽编号

#对应的slave节点也有这条数据,但是别的节点没有

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