NoSQL 之 Redis 集群部署

前言:

(1)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。

(2)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。

(3)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

1.概述

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.主从复制的作用

**(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。

**(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。

**(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。

**(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。

3.主从复制流程

**(1)首次同步:**当从节点要进行主从复制时,它会发送一个SYNC命令给主节点。主节点收到

SYNC命令后,会执行BGSAVE命令来生成RDB快照文件,并在生成期间使用缓冲区记录所有写操

作。

**(2)快照传输:**当主节点完成BGSAVE命令并且快照文件准备好后,将快照文件传输给从节点。

主节点将快照文件发送给从节点,并且在发送过程中,主节点会继续将新的写操作缓冲到内存中。

**(3)追赶复制:**当从节点收到快照文件后,会加载快照文件并应用到自己的数据集中。一旦快照

文件被加载,从节点会向主节点发送一个PSYNC命令,以便获取缓冲区中未发送的写操作。

**(4)增量复制:**主节点收到PSYNC命令后,会将缓冲区中未发送的写操作发送给从节点,从节点

会执行这些写操作,保证与主节点的数据一致性。此时,从节点已经追赶上了主节点的状态。

**(5)同步:**从节点会继续监听主节点的命令,并及时执行主节点的写操作,以保持与主节点的数

据同步。主节点会定期将自己的操作发送给从节点,以便从节点保持最新的数据状态.

注意:当slave首次同步或者宕机后恢复时,会全盘加载,以追赶上大部队,即全量复制

二.搭建Redis 主从复制

1.初始化操作

systemctl stop firewalld
systemctl disable --now firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

2.修改内核参数

vim /etc/sysctl.conf

vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048

sysctl -p

3.安装redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

上传数据包至/opt/目录,进行tar解压

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。

4.创建redis工作目录

mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.13/redis.conf /usr/local/redis/conf/

useradd -M -s /sbin/nologin redis

chown -R redis.redis /usr/local/redis/

5.设置环境变量

vim /etc/profile 

PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin		#文件尾部增加一行

6.定义systemd服务管理脚本

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

7.修改 Redis 配置文件(Master节点操作)

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf

bind 192.168.10.10							    #87行,修改监听地址为自己的IP地址

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

8.修改 Redis 配置文件(Slave节点操作)(两台)

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或本机自动IP地址

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

#上面配置和master节点操作相同;下面是slave节点需要多配置的操作


replicaof 192.168.10.10 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 start redis-server.service

systemctl restart redis-server.service

9.验证主从效果

(1)在Master节点上看日志

tail -f /usr/local/redis/log/redis_6379.log

(2)在Master节点上验证从节点

redis-cli -h masterIP地址 -p 端口号6379 -a 密码

info replication

三.Redis 哨兵模式

1.哨兵模式的概述

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。

2.哨兵模式的作用

(1)监控:哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。

(2)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。

(3)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

(1)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。

(2)数据节点:主节点和从节点都是数据节点。

3.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:

【1】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;

【2】若原主节点恢复也变成从节点,并指向新的主节点;

【3】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。

4.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!!!

四.搭建 Redis 哨兵模式

1.修改 Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)

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

chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf
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 192.168.10.10 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)

2.编写VIP漂移脚本,再添加到配置文件中实现调用

(1)编写脚本

vim master_ip_failover.sh

#!/bin/bash
MASTER_IP=$6

LOCAL_IP=$(ifconfig | awk 'NR==2{print $2}')

VIP='192.168.10.100'

if [ "$MASTER_IP" == "$LOCAL_IP" ];then
     ifconfig ens33:1 $VIP/24
      exit 0
else
     ifconfig ens33:1 $VIP/24 down
      exit 0
fi
exit 1

(2)将文件复制到两个从服务器上

scp sentinel.conf master_ip_failover.sh 192.168.10.20:`pwd`

scp sentinel.conf master_ip_failover.sh 192.168.10.30:`pwd`

3.启动哨兵模式

先启master,再启slave

cd /usr/local/redis/conf/

redis-sentinel sentinel.conf &

4.查看哨兵信息

redis-cli  -h IP地址 -p 26379

info Sentinel

5.故障模拟

(1)关闭 master 上的 redis 服务

systemctl stop redis-server.service

然后使用监控哨兵配置文件的变化

tail -f redis-sentinel.log

去192.168.10.20查看信息

6.恢复原master服务,

master不会跳转回来,原master只能作为从服务器

systemctl start redis-server.service

且还要再redist.conf文件中添加master密码,才能成功连接

master 服务器上查看redis 信息

slave 服务器上查看redis 信息

五.Redis 群集模式

1.集群的概述

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。

2.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.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)

集群的每组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

(1)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

4.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。

六.搭建Redis 群集模式

redis的集群一般需要6个节点,3主3从。

1.初始化操作

systemctl stop firewalld
systemctl disable --now firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

2.修改内核参数

vim /etc/sysctl.conf

vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048

sysctl -p

3. 安装redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

上传数据包至/opt/目录,进行tar解压

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。

4. 创建redis工作目录

mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.13/redis.conf /usr/local/redis/conf/

useradd -M -s /sbin/nologin redis

chown -R redis.redis /usr/local/redis/

5. 设置环境变量

vim /etc/profile 

PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin		#文件尾部增加一行

6.定义systemd服务管理脚本

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

7. 修改 Redis 配置文件

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf

bind 0.0.0.0   							        #87行,修改监听地址为任意的IP地址

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

8.开启群集功能

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf

vim redis.conf

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

9.启动 redis-server.service 服务

systemctl start redis-server.service

ps -elf | grep redis

到这一步,六台服务器全部都做一样的配置!!!

也可以在一台服务器上进行配置,然后使用scp命令复制到其他服务器

scp redis.conf 192.168.10.20:`pwd`

scp redis.conf 192.168.10.30:`pwd`

scp redis.conf 192.168.10.40:`pwd`

scp redis.conf 192.168.10.50:`pwd`

scp redis.conf 192.168.10.60:`pwd`

10.启动集群和查看集群

redis-cli --cluster create 192.168.10.10:6379 192.168.10.20:6379168.10.60:6379 --cluster-replicas 1

redis-cli -h 192.168.10.10 -p 6379 -c

cluster nodes

cluster slots

11.创建数据进行测试

范围不同,使用的服务器也不同;根据哈希槽范围,来查看服务器

主负责读写。从只负责复制

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