Redis 主从复制、哨兵与集群

一、Redis 主从复制

1. 主从复制的介绍

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：

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. 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。

4. 搭建 Redis 主从复制

主机	IP地址	所需软件包
Master：	172.168.1.11	redis-5.0.7.tar.gz
Slave1：	172.168.1.12	redis-5.0.7.tar.gz
Slave2：	172.168.1.13	redis-5.0.7.tar.gz

1. 关闭防火墙与核心防护

systemctl stop firewalld
setenforce 0

2. 安装依赖环境

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

#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。

3. 执行脚本文件

执行软件包提供的 install_server.sh 脚本文件设置 Redis 服务所需要的相关配置文件

cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
......					#一直回车
Please select the redis executable path [ ] 
输入：/usr/local/redis/bin/redis-server
  	
#需要手动修改为 /usr/local/redis/bin/redis-server

解释：

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/bin/redis-cli			#客户端命令工具

4. 创建软连接

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/

5. 启动 Redis 服务

当 install_server.sh 脚本运行完毕，Redis 服务就已经启动，默认监听端口为 6379

netstat -natp | grep redis

#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

6. 修改配置文件

修改配置 /etc/redis/6379.conf 参数

6.1 Master节点操作

vim /etc/redis/6379.conf

bind 0.0.0.0                   			    #70行，添加 监听的主机地址
daemonize yes								#137行，启用守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log				#172行，指定日志文件
dir/var/lib/redis/6379                      #264行，默认工作目录
appendonly yes                              #700行，开启AOF持久化

/etc/init.d/redis_6379 restart

6.2 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 172.168.1.11 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
netstat -natp|grep redis

7. 验证主从效果

tail -f /var/log/redis_6379.log        #查看日志

7.1 在Master节点上验证从节点：

redis-cli info replication

测试

二、Redis 哨兵模式

1. 哨兵模式的介绍

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。

哨兵模式原理:

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：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。

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，所以须把主从模式安装好的情况下再去做哨兵模式

3. 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）

systemctl stop firewalld
setenforce 0

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 172.168.1.11 6379 2	#84行，修改 指定该哨兵节点监控172.168.1.11 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 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 &

查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

4. 故障模拟

1. 查看redis-server进程号：

ps -ef | grep redis

2. 杀死 Master 节点上redis-server的进程号

kill -9 7905			
#Master节点上redis-server的进程号

3. 验证

方法一

tail -f /var/log/sentinel.log

方法二

redis-cli -p 26379 info Sentinel

三、Redis 群集模式

1. 集群的介绍

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。

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。
- 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。
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。

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

2. 搭建 Redis 群集模式

redis的集群一般需要6个节点，3主3从。方便起见，这里所有节点在同一台服务器上模拟：
以端口号进行区分：3个主节点端口号：6001/6002/6003，对应的从节点端口号：6004/6005/6006。

2.1 创建端口号文件

cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}

2.2 复制配置文件

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

2.3 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。
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
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

2.4 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

或

for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done

查看节点

ps -ef | grep redis

2.5 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

#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。

2.6 测试群集

[root@localhost redis6006]#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) 1) (integer) 10923
   2) (integer) 16383            #哈希槽编号范围
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6003            #主节点IP和端口号
      3) "59ab26229d3bf588be2be9d937d7800e95af5937"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6005            #从节点IP和端口号
      3) "20299799be987c186033688617e98a23f3574d9f"
2) 1) (integer) 5461
   2) (integer) 10922
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6002
      3) "8d09612c2358b1f467d2dbf377c9f81a53f7cc4d"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6004
      3) "b54d383c9ca7caa917edcb0c3d5b53a0b57e22ed"
3) 1) (integer) 0
   2) (integer) 5460
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6001
      3) "5bbbcdcf429bec423ff0ab2c6c4042133e66445d"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6006
      3) "8cd9ce4ab3c801268aacdba4d1306eeeb27e4d4b"
127.0.0.1:6001>

127.0.0.1:6004> cluster keyslot name					#查看name键的槽编号

[root@localhost redis6006]#redis-cli -p 6004 -c
127.0.0.1:6004> keys *        #对应的slave节点也有这条数据，但是别的节点没有
1) "name"