Redis中主從復制、哨兵、集群的示例分析

這篇文章將為大家詳細講解有關Redis中主從復制、哨兵、集群的示例分析，小編覺得挺實用的，因此分享給大家做個參考，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲。

一、Redis 主從復制

1. 主從復制的概述

主從復制，是指將一臺服務器的數據，復制到其他的Redis服務器。前者稱為主節點（Master），后者稱為從節點（Slave）；數據的復制是單向的，只能由主節點到從節點。

默認情況下，每臺Redis服務器都是主節點；且一個主節點可以有多個從節點，但一個從節點只能有一個主節點。【相關推薦：Redis視頻教程】

2. 主從復制的作用

● 數據冗余：主從復制實現了數據的熱備份，是持久化之外的一種數據冗余方式。
● 故障恢復：當主節點出現問題時，可以由從節點提供服務，實現快速的故障恢復；實際上是一種服務的冗余。
● 負載均衡：在主從復制的基礎上，配合讀寫分離，可以由主節點提供寫服務，由從節點提供讀服務（即寫Redis數據時應用連接主節點，讀Redis數據時應用連接從節點），分擔服務器負載；有其是在寫少讀多的場景下，通過多個從節點分擔讀負載，可以大大提高Redis服務器的并發量。
● 高可用基石：除了上述作用以外，主從復制還是哨兵和集群能夠實施的基礎，因此說主從復制是Redis高可用的基礎。

3. 主從復制的流程

（1）若啟動一個Slave機器進程，則它會向Master機器發送一個“sync command”命令，請求同步連接。
（2）無論是第一次連接還是重新連接，Master機器都會啟動一個后臺進程，將數據快照保存到數據文件中（執行rdb操作），同時Master還會記錄修改數據的所有命令并緩存在數據文件中。
（3）后臺進程完成緩存操作之后，Master機器就會向Slave機器發送數據文件，Slave端機器將數據文件保存到硬盤上，然后將其加載到內存中，接著Master機器就會將修改數據的所有操作一并發送給Slave端機器。若Slave出現故障導致宕機，則恢復正常會自動重新連接。
（4）Master機器收到Slave端機器的連接后，將其完整的數據文件發送給Slave端機器，如果Master同時收到多個Slave發來的同步請求，則Master會在后臺啟動一個進程以保存數據文件，然后將其發送給所有的Slave端機器，確保所有的Slave端機器都正常。

4. 搭建Redis主從復制

4.1 服務器IP配置

4.2 各服務器防火墻環境

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0

4.3 各服務器安裝Redis

redis 安裝詳見往期博客：
NoSQL 之 redis 詳解

傳入安裝包到/opt目錄
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
......
Please select the redis executable path []
#輸入/uar/local/redis/bin/redis-server
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

4.4 修改Redis配置文件（Master節點操作）

Master：192.168.122.10

[root@master ~]# vim /etc/redis/6379.conf
 
##70行，修改監聽地址為0.0.0.0，表示監聽任何地址
bind 0.0.0.0
##137行，開啟守護進程
daemonize yes
##172行，指定日志文件目錄
logfile /var/log/redis_6379.log
##264行，指定工作日志
dir /var/lib/redis/6379
##700行，開啟AOF持久化功能
appendonly yes

4.5 修改Redis配置文件（Slave節點操作）

Slave1：192.168.122.11

[root@slave1 utils]# vim /etc/redis/6379.conf 
 
##70行，修改監聽地址為0.0.0.0，表示監聽任何地址
bind 0.0.0.0
##137行，開啟守護進程
daemonize yes
##172行，指定日志文件目錄
logfile /var/log/redis_6379.log
##264行，指定工作日志
dir /var/lib/redis/6379
##288行，添加要同步的Master節點IP和端口
replicaof 192.168.122.10 6379
##700行，開啟AOF持久化功能
appendonly yes
 
[root@slave1 utils]# /etc/init.d/redis_6379 restart
Stopping ...
Redis stopped
Starting Redis server...

Slave2：192.168.122.12

[root@slave2 utils]# vim /etc/redis/6379.conf 
 
##70行，修改監聽地址為0.0.0.0，表示監聽任何地址
bind 0.0.0.0
##137行，開啟守護進程
daemonize yes
##172行，指定日志文件目錄
logfile /var/log/redis_6379.log
##264行，指定工作日志
dir /var/lib/redis/6379
##288行，添加要同步的Master節點IP和端口
replicaof 192.168.122.10 6379
##700行，開啟AOF持久化功能
appendonly yes
 
[root@slave2 utils]# /etc/init.d/redis_6379 restart
Stopping ...
Redis stopped
Starting Redis server...

4.6 驗證主從效果

4.6.1 在Master節點上看日志

[root@master ~]# tail -f /var/log/redis_6379.log 
1002:M 23 Sep 2021 16:46:33.569 * Background saving terminated with success
1002:M 23 Sep 2021 16:46:33.569 * Synchronization with replica 192.168.122.11:6379 succeeded
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.519 * Replica 192.168.122.12:6379 asks for synchronization
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.519 * Full resync requested by replica 192.168.122.12:6379
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.519 * Starting BGSAVE for SYNC with target: disk
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.519 * Background saving started by pid 7941
7941:C 23 Sep 2021 16:46:34.521 * DB saved on disk
7941:C 23 Sep 2021 16:46:34.521 * RDB: 0 MB of memory used by copy-on-write
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.591 * Background saving terminated with success
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.591 * Synchronization with replica 192.168.122.12:6379 succeeded

4.6.2 在Master節點驗證從節點

[root@master ~]# redis-cli info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.122.11,port=6379,state=online,offset=910,lag=0
slave1:ip=192.168.122.12,port=6379,state=online,offset=910,lag=0
master_replid:9d7fa17fc64cd573f5b81457183831d97dfad7dc
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:910
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:910

二、Redis 哨兵模式

1. 哨兵模式的核心功能

在主從復制的基礎上，哨兵引入了主節點的自動故障轉移。

2. 哨兵模式的原理

哨兵（sentinel）是一個分布式系統，用于對主從結構中每臺服務器進行監控，當出現故障時通過投票機制選擇新的Master并將所有Slave連接到新的Master。所以整個運行哨兵的集群的數量不得少于3個節點。

3. 哨兵模式的作用

● 監控：哨兵會不斷地檢查主節點和從節點是否運作正常。
● 自動故障轉移：當主節點不能正常工作時，哨兵會開始自動故障轉移操作，它會將失效主節點的其中一個從節點升級為新的主節點，并讓其他從節點改為復制新的主節點。
● 通知提醒：哨兵可以將故障轉移的結果發送給客戶端。

4. 哨兵模式的結構

哨兵結構由兩部分組成，哨兵節點和數據節點：
● 哨兵節點：哨兵系統由一個或多個節點組成，哨兵節點是特殊的redis節點，不存儲數據。
● 數據節點：主節點和從節點都是數據節點。

5. 哨兵模式的工作形式

哨兵的啟動依賴于主從模式，所以須把主從模式安裝好的情況下再去做哨兵模式，所有節點上都需要部署哨兵模式，哨兵模式會監控所有的Redis工作節點是否正常，當Master出現問題的時候，因為其他節點與主節點失去聯系，因此會投票，投票過半就會認為這個Master的確出現問題，然后會通知哨兵間，然后從Slaves中選取一個作為新的Master。

6. 故障轉移機制

• 由哨兵節點定期監控發現主節點是否出現了故障。每個哨兵節點每隔1秒會向主節點、從節點及其他哨兵節點發送一次ping命令做一次心跳檢測。如果主節點在一定時間范圍內不回復或者是回復一個錯誤消息，那么這個哨兵就會認為這個主節點主觀下線了（單方面的）。當超過半數哨兵節點認為該主節點主觀下線了，這樣就客觀下線了。

• 當主節點出現故障，此時哨兵節點會通過Raft算法（選舉算法）實現選舉機制共同選舉出一個哨兵節點為leader，來負責處理主節點的故障轉移和通知。所以哨兵集群的主機數量不得少于三個節點。

• 由leader哨兵節點執行故障轉移，過程如下：
  ● 將某一個從節點升級為新的主節點，讓其他從節點指向新的主節點；
  ● 若原主節點恢復也變成從節點，并指向新的主節點；
  ● 通知客戶端主節點已經更換。
  需要特別注意的是，客觀下線是主節點才有的概念；如果從節點和哨兵節點發生故障，被哨兵主觀下線后，不會再有后續的客觀下線和故障轉移操作。

7. 主節點的選舉

• 過濾掉不健康的（已下線的），沒有回復哨兵ping響應的從節點。

• 選擇配置文件中從節點優先級配置最高的（replica-priority，默認值為100）。

• 選擇復制偏移量最大，也就是復制最完整的從節點。

8. 搭建Redis哨兵模式

8.1 服務器IP配置

8.2 各服務器防火墻環境

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0

8.3 修改Redis哨兵模式的配置文件（所有節點操作）

vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
 
##17行，取消注釋，關閉保護模式
protected-mode no
##21行，Redis哨兵默認的監聽端口
port 26379
##26行，指定sentienel為后臺啟動
daemonize yes
##36行，指定日志存放路徑
logfile "/var/log/sentinel.log"
##65行，指定數據庫存放路徑
dir "/var/lib/redis/6379"
##84行，修改，指定該哨兵節點監控192.168.122.10 6379這個主節點，該主節點的名稱是mymaster
##最后的2的含義與主節點的故障判定有關；至少需要2個哨兵節點同意，才能判定故障并進行故障轉移
sentinel monitor mymaster 192.168.122.10 6379 2
##113行，判定服務器down掉的時間周期，默認30000毫秒（30秒）
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
##146行，故障節點的最大超時時間為180000毫秒（180秒）
sentinel failover-timeout mymaster 180000

8.4 啟動哨兵模式

注意：需先啟動master，再啟動slave

cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

8.5 查看哨兵信息

Master：192.168.122.10

[root@master redis-5.0.7]# redis-cli -p 26379 info sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.122.10:6379,slaves=2,sentinels=3

三、Redis 群集模式

1. Redis集群的概述

集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0開始引入的分布式存儲方案。

2. Redis集群

集群由多個節點（Node）組成，Redis的數據分布在這些節點中。集群中的節點分為主節點和從節點；只有主節點負責讀寫請求和集群信息的維護；從節點只進行主節點數據和狀態信息的復制。

3. Redis集群的作用

集群的作用，可以歸納為兩點：

3.1 數據分區

數據分區（或稱數據分片）是集群最核心的功能。
集群將數據分散到多個節點，一方面突破了Redis單機內存大小的限制，存儲容量大大增加；另一方面每個主節點度可以對外提供讀服務和寫服務，大大提高了集群的響應能力。
Redis單機內存大小受限問題，在介紹持久化和主從復制時都有體積；例如，如果單機內存太大，bgsave和bgrewriteaof的fork操作可能導致主進程阻塞，主從環境下主機切換時可能導致從節點長時間無法提供服務，全量復制階段主節點的復制緩沖區可能溢出。

3.2 高可用

集群支持主從復制和主節點的自動故障轉換（與哨兵類似）；當任一節點發生故障時，集群仍然可以對外提供服務。

4. Redis集群的數據分片

● Redis集群引入了哈希槽的概念
● Redis集群有16384個哈希槽（編號0-16383）
● 集群的每個節點負責一部分哈希槽
● 每個key通過CRC16校驗后對16384取余來決定放置哪個哈希槽，通過這個值，去找到所對應的節點，然后直接跳轉到這個對應的節點上進行存取操作。

5. 哈希槽

5.1 哈希槽的分配

• 哈希槽可按照集群主機數平均分配（默認分配）
  以3個節點組成的集群為例：
  節點A包含0-5460號哈希槽
  節點B包含5461-10922號哈希槽
  節點C包含10923-16383號哈希槽

• 也可以根據主機的性能以及功能自定義分配
  以3個節點組成的集群為例：
  節點A性能最差，包含0-2000號哈希值
  節點B性能中等，包含2001-7000號哈希值
  節點C性能最強，包含7001-16383號哈希值

5.2 哈希槽的使用

集群搭建的時候，需要給集群的節點分配插槽，0~16383
在node1執行set a a

• 使用crc16算法對key進行計算，得到一個數字，然后對這個數字進行求余16384(crc16 : a = 26384l;26384 % 16384 = 10000)

• 查找包含10000的插槽的節點，找到了node2，自動跳轉到node2

• 在node2上執行set a a命令

node3上執行get a

• a --> 10000

• 跳轉到node2

• 在node2執行get a

6. Redis集群的主從復制模型

集群中具有A、B、C三個節點，如果節點B失敗了，整個集群就會因缺少5461-10922這個范圍的槽而不可以用。
以每個節點添加一個從節點A1、B1、C1整個集群便有了三個Master節點和三個Slave節點組成，在節點B失敗后，集群選舉B1位為新的主節點繼續服務。當B和B1都失敗后，集群將不可用。

7. 搭建Redis群集模式

7.1 服務器IP配置

redis的集群一般需要6個節點，3主3從。方便起見，這里在同一臺服務器上模擬；
以端口號進行區分，3個主節點端口號6001/6002/6003，對應的從節點端口號6004/6005/6006。

7.2 服務器防火墻環境

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0

7.3 創建集群配置目錄及文件

[root@node ~]# cd /etc/redis
[root@node redis]# mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
[root@node redis]# 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
[root@node redis]# ls -R redis-cluster/
redis-cluster/:
redis6001  redis6002  redis6003  redis6004  redis6005  redis6006
 
redis-cluster/redis6001:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6002:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6003:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6004:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6005:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6006:
redis-cli  redis.conf  redis-server

7.4 開啟群集功能

僅以redis6001為例，其他5個文件夾的配置文件以此類推修改，特別注意端口號的修改。

[root@node redis]# cd redis-cluster/redis6001
[root@node redis6001]# vim redis.conf 
 
##69行，注釋掉bind項，默認監聽所有網卡
#bind 127.0.0.1
##88行，修改，關閉保護模式
protected-mode no
##92行，修改，redis監聽端口
port 6001
##136行，開啟守護進程，以獨立進程啟動
daemonize yes
##832行，取消注釋，開啟群集功能
cluster-enabled yes
##840行，注銷注釋，群集名稱文件設置
cluster-config-file nodes-6001.conf
##846行，注銷注釋，群集超時時間設置
cluster-node-timeout 15000
##700行，修改，開啟AOF持久化
appendonly yes

7.5 啟動redis節點

分別進入那六個文件夾，執行命令：“redis-server redis.conf”，來啟動redis節點

[root@node redis6001]# for d in {1..6}
> do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
> ^C
[root@node redis6001]# for d in {1..6}
> do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
> redis-server redis.conf
> done
[root@node1 redis6006]# ps -ef | grep redis
root        992      1  0 13:45 ?        00:00:07 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root       2289      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6001 [cluster]
root       2294      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6002 [cluster]
root       2299      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6003 [cluster]
root       2304      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6004 [cluster]
root       2309      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6005 [cluster]
root       2314      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6006 [cluster]
root       2450   2337  0 14:50 pts/0    00:00:00 grep --color=auto redis

7.6 啟動集群

[root@node redis6006]# 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

六個實例分為三組，每組一主一從，前面的做主節點，后面的做從節點。下面交互的時候需要輸入yes才可以成功創建。
–replicas 1表示每個主節點有1個從節點。

7.7 測試集群

[root@node1 redis6006]# redis-cli -p 6001 -c
#加-c參數，節點之前就可以互相跳轉
127.0.0.1:6001> cluster slots
#查看節點的哈希槽編號范圍
1) 1) (integer) 0
#哈希槽起始編號
   2) (integer) 5460
#哈希槽終止編號
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6001
#node節點主
      3) "18e59f493579facea29abf90ca4050f566d66339"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6004
#node節點從
      3) "2635bf6a0c286ef910ec5da03dbdc7cde308c588"
2) 1) (integer) 10923
   2) (integer) 16383
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6003
      3) "51460d417eb56537e5bd7e8c9581c66fdd817b3c"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6006
      3) "51a75667dcf21b530e69a3242a3e9f81f577168d"
3) 1) (integer) 5461
   2) (integer) 10922
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6002
      3) "6381d68c06ddb7ac43c8f7d7b8da0644845dcd59"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6005
      3) "375ad927116d3aa845e95ad5f0586306e7ff3a96"
127.0.0.1:6001> set num 1
OK
127.0.0.1:6001> get num
"1"
127.0.0.1:6001> keys *
1) "num"
127.0.0.1:6001> quit
[root@node1 redis6006]# redis-cli -p 6002 -c
127.0.0.1:6002> keys *
#6002端口無鍵值對
(empty list or set)
127.0.0.1:6002> get num
-> Redirected to slot [2765] located at 127.0.0.1:6001
"1"
#6002端口獲取到num鍵位于6001端口，切換到6001端口并顯示鍵值
127.0.0.1:6001> set key1 11111
-> Redirected to slot [9189] located at 127.0.0.1:6002
OK
#6001端口創建鍵值對，將其存至6002端口，并切換至6002端口
127.0.0.1:6002>

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