Redis的三种模式——主从复制、哨兵、集群

主从复制：主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和群集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。

二、Redis主从复制

2.1 主从复制概述

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。

2.2 主从复制

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。

2.3 Redis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。

2.4 搭建Redis主从复制

主机	系统	IP地址	安装包
Master节点	CentOS 7	192.168.152.11	redis-5.0.7.tar. gz
Slave1节点	CentOS 7	192.168.152.16	redis-5.0.7.tar. gz
Slave2节点	CentOS 7	192.168.152.17	redis-5.0.7.tar. gz

#三台主机都关闭防火墙和SELINUX
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

2.4.1 安装Redis

在三台服务器上均需部署Redis

1）# 关闭防火墙和SElinux
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

2）#安装gcc gcc-c++ 编译器
yum install -y gcc gcc-c++ make

3）#切换至/opt目录，把下载好的安装包上传进来并解压
cd /opt/
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz

4）#进入目录然后编译安装
cd /opt/redis-5.0.7/
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

5）#执行install_server.sh脚本
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh #一路回车，指导让你输入路径这一步
#路径需要手动输入
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/ redis-server

Selected config:
Port : 6379 #默认侦听端口为6379
Config file : /etc/redis/6379.conf #配置文件路径
Log file : /var/log/redis_6379.log #日志文件路径
Data dir : /var/lib/ redis/6379 #数据文件路径
Executable : /usr/local/redis/bin/redis-server #可执行文件路径
Cli Executable : /usr/local/redis/bin/redis-cli #客户端命令工具

6)#优化路径并查端口是否打开
#把redis的可执行程序文件放入路径环境变量的目录中便于系统识别
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

#当install_server.sh 脚本运行完毕，Redis 服务就已经启动，默认侦听端口为6379
netstat -natp | grep redis

7)#修改配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 127.0.0.1 192.168.152.11/16/17 #70行，添加监听的主机地址
port 6379         #93行，Redis默认的监听端口
daemonize yes        #137行，启用守护进程
pidfile /var/run/redis_6379.pid         #159行，指定PID文件
loglevel notice        #167行，日志级别
logfile /var/log/redis_6379.log         #172行，指定日志文

8) #重启redis查看监听的地址
/etc/init.d/redis_6379 restart #重启
ss -antp|grep redis

9)##Redis服务控制
/etc/init.d/redis_6379 stop #停止
/etc/init.d/redis_6379 start #启动
/etc/init.d/redis_6379 restart #重启
/etc/init.d/redis_6379 status #状态

2.4.2 修改Master节点配置文件（192.168.152.11）

（1）#修改master主配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0            #70行，注释掉bind项，或修改为0.0.0.0,默认监听所有网卡
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
appendonly yes            #700行，开启AOF持久化功能

（2）#重启redis
/etc/init.d/redis_6379 restart

2.4.3 修改slave节点配置文件（192.168.152.16、192.168.152.17）

（1）#修改slave1节点、slave2节点配置文件，slave1和slave2修改步骤相同
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 192.168.152.11 6379 #287行，取消注释并指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes                #700行，开启AOF持久化功能

（2）#重启slave1节点和slave2节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart

2.4.4 验证主从同步

#在Master节点上看日志:
tail -f /var/log/redis_6379.log

#在Master节点上验证从节点:
redis-cli
127.0.0.1:6379> info replication

#创建数据验证
##在master创建数据
set name yr

##在从节点上查看
get name

在Master节点上看日志
在Master节点上验证从节点

在master创建数据

|在两台slave上查看

三、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。

a主观下线：如果有一台哨兵认为master挂了，那么判断master为down，下一步就会执行故障切换。

3.1 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。

3.2 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。

3.3 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。

3.4 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。

3.5 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，所以需把主从模式安装好的情况下再去做哨兵模式。

四、哨兵模式的搭建

Master：192.168.152.11

Slave1：192.168.152.16

Slave2：192.168.152.17

关闭所有服务器的防火墙和增强机制
systemctl stop firewalld
setenforce 0

4.1 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
#17行，关闭保护模式
protected-mode no
#21行，Redis哨兵默认的监听端口
port 26379
#26行，指定sentinel为后台启动
daemonize yes
#36行，指定日志存放路径
logfile "/var/log/sentinel.log"
#65行，指定数据库存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"
#84行，修改指定该哨兵节点监控192.168.152.11:6379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 monitor mymaster 192.168.152.11 6379 2
#113行，判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒（30秒）
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
#146行，故障节点的最大超时时间为180000（180秒）
sentinel failover-timeout mymaster 180000

4.2 启动哨兵模式

先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

先启动主节点

再启动从节点

4.3 查看哨兵模式信息

Master：192.168.152.11

redis-cli -p 26379 info Sentinel

4.4 故障模拟

Master：192.168.152.11

#查看redis-server进程号
ps aux | grep redisroot 8978 0.1 0.2 162596 9888 ? Ssl 17:05 0:15 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root 12722 0.2 0.1 153892 7704 ? Ssl 21:08 0:01 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root 12799 0.0 0.0 112728 984 pts/1 S+ 21:16 0:00 grep --color=auto redis

#杀死 Master 节点上redis-server的进程号，模拟故障
kill -9 8978 #Master节点上redis-server的进程号

4.5 验证结果

Master：192.168.152.11

tail -f /var/log/sentinel.log
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

五、Redis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。

5.1 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，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。

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。

5.2 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5461号哈希槽
节点B包含5462到10922号哈希槽
节点C包含10923到16383号哈希槽

5.3 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。

六、Redis集群部署

6.1 环境准备

redis的集群一般需要**6个节点，3主3从
- 三个主节点端口号：6001,6002,6003
- 对应的从节点端口号：6004,6005,6006

6.2 创建多个Redis服务集群和集群节点目录

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

6.3 开启集群功能

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

appendonly yes #699行，修改开启AOF持久化
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

6.4 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

6.5 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

6.6 测试集群

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 name yr #再6001上设置一个键
cluster keyslot name #查看name键的槽编号

七、本章总结

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster群集

7.1 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

7.2 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。

7.3 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。

本文内容由网友自发贡献，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有涉嫌抄袭侵权的内容，请联系:hwhale#tublm.com(使用前将#替换为@)