redis之高可用(主从复制、哨兵、cluster集群)搭建
redis之高可用(主从复制、哨兵、cluster集群)
目录
一、Redis有哪些高可用技术
在Redis中,实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和集群。
1、主从复制
主从复制时高可用Redis的基础,哨兵和cluster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级备份,以及对与读操作的负载均衡和简单的故障恢复。
缺陷:①故障恢复无法自动化,②写操作无法负载均衡,③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:①写操作无法负载均衡,②存储能力受到单机的限制
3、cluster集群( 推荐6台)
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的方案。
二、Redis主从复制
1、Redis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。
2、Redis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。
3、Redis主从复制的流程
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,Maste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。
简化版主从复制流程
1、开启redis服务,从服务器发送SYNC同步功能
2、主Redis会fork一个子进程,然后产生RDB文件(完备),此时客户端还是持续写入新的命令。
3、RDB文件持久化完成后,主Redis会将RDB文件和缓存起来的命令推送给从服务器
4、推送完成后,主Redis会利用AOF(增备)持久化功能,持续的同步操作命令到从服务器。#后续所有的同步操作,只要没有新的从设备接入,都是会使用AOF的方式进行同步数据
4、Redis主从复制的部署
4.1 环境准备及数据流向
主机 | IP地址 |
---|---|
Master节点 | 192.168.100.20 |
Slave1节点 | 192.168.100.30 |
Slave2节点 | 192.168.100.40 |
4.2 三台主机安装Redis服务
#!/bin/bash
#关闭防火墙
systemctl stop firewalld
setenforce 0#安装环境
yum -y install gcc gcc-c++ makeecho "提前上传好安装包 如:redis-5.0.7.tar.gz"
#解压
cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz #解包
cd /opt/redis-5.0.7/
make #编译
make PREFIX=/usr/local/redis install #安装redis服务
cd /opt/redis-5.0.7/utilsrpm -q expect
if [ $? -eq 0 ];then
echo "expect 已安装"
else
echo "expect未安装,请检查"
yum -y install expect >/dev/null
echo "expect安装好了"
fi
/usr/bin/expect <<EOF
spawn ./install_server.sh
expect "instance" {send "\r"}
expect "config" {send "\r"}
expect "log" {send "\r"}
expect "this" {send "\r"}
expect "path" {send "/usr/local/redis/bin/redis-server\r"}
expect "abort" {send "\r"}
expect eof
EOF#创建软链接,方便启动
ln -s /usr/local/redis/bin/ * /usr/local/bin#修改配置文件
ip=`ifconfig ens33 |awk '/netmask/{print $2}'`
sed -i "s/bind 127.0.0.1/bind $ip/" /etc/redis/6379.conf#启动redis
/etc/init.d/redis_6379 restart#查看是否开启
netstat -natp |grep redis
if [ $? -eq 0 ];then
echo "redis 已安装完成并启动"
else
echo "redis 未启动,请检查"
fi
vim /etc/redis/6379.conf
bind 127.0.0.1 本机ip #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,指定日志文件/etc/init.d/redis_6379 restart #重启redis
netstat -natp | grep 6379
4.3 修改Master节点Redis配置文件
cp /etc/redis/6379.conf /etc/redis/6379.conf.bak
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行,修改bind 项,0.0.0.0监听所有网段 注释原网段
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 重启redis
4.4 修改Slave1节点Redis配置文件
cp /etc/redis/6379.conf /etc/redis/6379.conf.bak
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行,修改bind 项,0.0.0.0监听所有网段 注释原网段
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 192.168.100.20 6379 #288行添加主服务器地址 及端口
appendonly yes #700行,开启AOF持久化功能
/etc/init.d/redis_6379 restart 重启redis
4.5 修改Slave2节点Redis配置文件
cp /etc/redis/6379.conf /etc/redis/6379.conf.bak
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行,修改bind 项,0.0.0.0监听所有网段 注释原网段
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 192.168.100.20 6379 #288行添加主服务器地址 及端口
appendonly yes #700行,开启AOF持久化功能
/etc/init.d/redis_6379 restart 重启redis
4.6 验证主从效果
#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 liy
##在从节点上查看
get name
三、哨兵模式
1、介绍哨兵
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。
哨兵原理详细步骤
① 哨兵节点向master节点发送2条连接,即命令连接和订阅连接
命令连接:用于建立连接,然后发送info请求,用于获取redis-master信息 如:master状态、role角色、offset段偏移量、master的rep_id、redis集群中从服务器的位置(ip port)
② 哨兵集群
前提:哨兵集群中每个哨兵能够正常获取到redis集群的数据
宏观上看:哨兵节点之间会进行数据共享
基于以上,以下几个方式实现数据共享
① 相互监听/监控
② 把收集到的数据,共享但一个叫做"hello"频道中
③ 哨兵之间也会建立连接(命令连接)
共享意义:
主要作用:为了在master挂掉时,主观/客观定义master是否存在
以上是一种哨兵的选举机制(reft算法)
投票机制,以主观下线或客观下线的方式,来判断是否要"down掉master",将一台从服务器提升为新master服务器
3、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,并让其他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。
4、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。
5、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
② 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—次心跳检测。
③ 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)。
④ 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
⑤ 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。
⑥ 所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。
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
6、主节点选举
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。
7、哨兵模式的部署
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
7.1 查看redis主从复制端口
7.2 三台redis均要配置哨兵模式
#所有节点配置一样,如下所示
cp /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf.bak
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
17行 protected-mode no #关闭保护模式
21行 port 26379 #Redis哨兵默认的监听端口
26行 daemonize yes #指定sentinel为后台启动31行 pidfile /var/run/redis-sentinel.pid
36行 logfile "/var/log/sentinel.log" #指定日志存放路径
65行 dir "/var/lib/redis/6379" #指定数据库存放路径
84行 sentinel monitor mymaster 192.168.100.20 6379 2 #指定该哨兵节点监控192.168.100.20:6379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
113行 sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000 #判定服务器down掉的时间周期,默认30000毫秒(30秒)
146行 sentinel failover-timeout mymaster 180000 #146行,故障节点的最大超时时间为180000 (180秒 )
#保存配置文件grep -v "^#\|^$" /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf 查看配置的文件内容
主服务
slave1
slave2
7.3 启动哨兵模式
#注意:先启master,再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf & 后台启动
7.4 查看哨兵信息
redis-cli -p 26379 info sentinel 查看哨兵信息
watch -n 1 redis-cli -p 26379 info sentinel
主服务
7.5 故障模拟
主服务
查看并杀死master节点的redis-server
ps -aux | grep redis 或者 ps -ef | grep redis
kill -9 进程号
主服务
redis-cli -p 26379 info sentinel
7.6 master的redis恢复过程
如过要将以前的master的redis启动,需要先将/var/run/redis_6379.pid文件删除,删除后在执行/etc/init.d/redis_6379 start ,即可启动redis服务,启动之后,哨兵会将它设置为salve从节点,并自动指向新的节点。
最好再去配置文件中去指向主从复制的master,也就是将重新启动的master的配置文件/etc/redis/6379.conf 中的 288行重新指向新的master。
小结
哨兵模式基于主从复制,但主从复制在单点故障后无法自动恢复,导致服务无法实现高可用性;
哨兵模式基于主从复制基础之上,添加哨兵节点检测,
当master宕机后,哨兵节点会通过投票选举方式,选举出新的master服务,保证服务的高可用性
四、 Redis集群模式
1、介绍Redis集群模式
① 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。
② 集群由多个节点组成,Redis的数据分布在这些节点中。
③ 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
数据分区:数据分区(或称数据分片) 是集群最核心的功能。
① 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;
② 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。
③ 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。
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
① Redis集群引入了哈希槽的概念
② Redis集群有 16384 个哈希槽( 编号0-16383)
③ 集群的每个节点负责一部分哈希槽
④ 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总的来说:就是cluster集群是分布式的,它可以将多个master当做一个整体来存放数据。并且cluster中有16384个slot(哈希槽),集群中的master来平分这些槽位。当需要由数据来存储到集群汇中时,需要使用CRC16算法得出一个结果,再将这个结果对16384取余,最后得到对应的槽位,根据槽位选定最顶存放的master节点。
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。
例如
<- - -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
① 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。
② 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。
4、Redis集群模式
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。
4.1 服务器上部署好redis服务
4.2 集群部署
cd /etc/redis/
mkdir -p /etc/redis/redis-cluster/redis600{1..6}
cd redis-cluster/redis6001
#在当前服务器配置6个redis服务vim /opt/redis.sh
#!/bin/bash
for i in {1..6}
do
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
done
#执行脚本复制配置文件及程序到目录中source redis.sh 执行脚本
4.3 配置集群功能配置文件
[root@localhost redis6001]# vim redis.conf
69行 #bind 127.0.0.1 #将其注释,即监听所有端口
88行 protected-mode no #关闭保护模式
92行 port 6001 #为了区分,将端口更改,6个不能相同
136行 daemonize yes #开启守护进程
699行 appendonly yes #开启AOF持久化
832行 cluster-enabled yes #开启集群功能
840行 cluster-config-file nodes-6001.conf #群集名称文件设置
846行 cluster-node-timeout 15000 #群集超时时间设置
#先配置好6001的配置文件,然后将这个配置文件拷贝到另外6002-6006中,并且,修改端口vim /opt/redis2-6.sh
#!/bin/bash
for i in {2..6}
do
rm -rf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
cp /etc/redis/redis-cluster/redis6001/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
sed -i "s/port 6001/port 600$i/" /etc/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i "s/nodes-6001.conf/nodes-600${i}.conf/" /etc/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
done
#执行脚本一键替换其它的配置文件source /opt/redis2-6.sh 执行脚本
修改6002-6006的配置文件
4.4 启动redis 节点
#!/bin/bash
for i in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
redis-server redis.conf
done
#分别进入6个节点,进行服务启动redis-server redis.confsource /opt/redis1-6.sh 执行脚本
4.5 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
# -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
4.6 集群测试
redis-cli -p 6001 -c
#-c 参数,节点之间可以相互跳转
cluster slots
#查看节点的哈希槽编号范围
cluster keyslot 键名
#查看键的哈希槽编号
总结
1、Redis高可用有四种实现方法:持久化、主从复制、哨兵模式、集群模式
2、持久化适用于单台服务器,主要作用是数据备份,即将数据存储在硬盘,保证数据不会因进程退出而丢失。其是最简单的一种高可用方式
3、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。
4、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。
5、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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