【Redis—哨兵机制】

news2024/11/15 22:27:22

概念

当进行主从复制时，如果主节点挂掉了，那么没有主节点来服务客户端的写操作请求了，也没有主节点给从节点进行数据同步了。
此时需要进行主从切换（主从节点故障转移），Redis在 2.8 版本以后提供的哨兵（Sentinel）机制。它会监测主节点是否存活，如果发现主节点挂了，它就会选举一个从节点切换为主节点，并且把新主节点的相关信息通知给从节点和客户端。

哨兵机制如何工作的

哨兵其实是一个运行在特殊模式下的 Redis 进程，所以它也是一个节点。用于观察主从节点
哨兵节点主要负责三件事情：监控、选主、通知。

监控（如何判断主节点真的故障了）

在这里插入图片描述

哨兵会每隔 1 秒给所有主从节点发送 PING 命令，当主从节点收到 PING 命令后，会发送一个响应命令给哨兵，这样就可以判断它们是否在正常运行。
如果主节点或者从节点没有在规定的时间内响应哨兵的 PING 命令，哨兵就会将它们标记为「主观下线」

主观下线和客观下线

客观下线只适用于主节点。「主节点」设计「主观下线」和「客观下线」两个状态是因为有可能「主节点」其实并没有故障，可能只是因为主节点的系统压力比较大或者网络发送了拥塞，导致主节点没有在规定时间内响应哨兵的 PING 命令。
因此一般设置多个哨兵（哨兵集群，至少三个哨兵）通过多个哨兵节点一起判断，就可以就可以避免单个哨兵因为自身网络状况不好，而误判主节点下线的情况。

流程

当一个哨兵判断主节点为「主观下线」后，就会向其他哨兵发起命令，其他哨兵收到这个命令后，就会根据自身和主节点的网络状况，做出赞成投票或者拒绝投票的响应。
当这个哨兵的赞同票数达到哨兵配置文件中的 quorum 配置项设定的值后，这时主节点就会被该哨兵标记为「客观下线」

哪个哨兵进行主从故障转移？

由于有多个哨兵，所以只能选举一个哨兵的leader，让leader执行主从切换

选举 leader 的过程其实是一个投票的过程，在投票开始前，肯定得有个「候选者」。

哪个哨兵节点判断主节点为「客观下线」，这个哨兵节点就是候选者

候选者如何选举成为 Leader？

每个哨兵只有一次投票机会，如果用完后就不能参与投票了，可以投给自己或投给别人，但是只有候选者才能把票投给自己。
第一，拿到半数以上的赞成票；
第二，拿到的票数同时还需要大于等于哨兵配置文件中的 quorum 值。

为什么哨兵节点至少要有 3 个？

如果哨兵集群中只有 2 个哨兵节点，此时如果一个哨兵想要成功成为 Leader，这时票数就没办法达到 2 票，就无法成功成为 Leader，这时是无法进行主从节点切换的。

Redis 1 主 4 从，5 个哨兵，quorum 设置为 3，如果 2 个哨兵故障，当主节点宕机时，哨兵能否判断主节点“客观下线”？主从能否自动切换？

哨兵集群可以判定主节点“客观下线”。哨兵集群还剩下 3 个哨兵，当一个哨兵判断主节点“主观下线”后，询问另外 2 个哨兵后，有可能能拿到 3 张赞同票，这时就达到了 quorum 的值，因此，哨兵集群可以判定主节点为“客观下线”。
哨兵集群可以完成主从切换。当有个哨兵标记主节点为「客观下线」后，就会进行选举 Leader 的过程，因为此时哨兵集群还剩下 3 个哨兵，那么还是可以拿到半数以上（5/2+1=3）的票，而且也达到了 quorum 值，满足了选举 Leader 的两个条件，所以就能选举成功，因此哨兵集群可以完成主从切换。

总结：quorum 的值建议设置为哨兵个数的二分之一加1，例如 3 个哨兵就设置 2，5 个哨兵设置为 3，而且哨兵节点的数量应该是奇数。

故障转移流程

主从故障转移操作包含以下四个步骤：

第一步：在已下线主节点（旧主节点）属下的所有「从节点」里面，挑选出一个从节点，并将其转换为主节点。
第二步：让已下线主节点属下的所有「从节点」修改复制目标，修改为复制「新主节点」；
第三步：将新主节点的 IP 地址和信息，通过「发布者/订阅者机制」通知给客户端；
第四步：继续监视旧主节点，当这个旧主节点重新上线时，将它设置为新主节点的从节点；

选取新主节点

把网络状态不好的从节点过滤掉了，接下来要对所有从节点进行三轮考察：优先级、复制进度、ID 号。在进行每一轮考察的时候，哪个从节点优先胜出，就选择其作为新主节点。
第一轮考察：哨兵首先会根据从节点的优先级来进行排序，优先级越小排名越靠前(每一台从节点的服务器配置不一定是相同的(如果「 A 从节点」的物理内存是所有从节点中最大的，那么我们可以把「 A 从节点」的优先级设置成最高。)
第二轮考察：如果优先级相同，则查看复制的下标，哪个从「主节点」接收的复制数据多，哪个就靠前。( slave_repl_offset 最接近 master_repl_offset，说明它的复制进度是最靠前的，于是就可以将它选为新主节点。)
第三轮考察：如果优先级和下标都相同，就选择从节点 ID 较小的那个。

哨兵 leader 向被选中的从节点发送 SLAVEOF no one 命令，让这个从节点解除从节点的身份，将其变为新主节点。
哨兵 leader 会以每秒一次的频率向被升级的从节点发送 INFO 命令。
并观察命令回复中的角色信息，当被升级节点的角色信息从原来的 slave 变为 master 时，哨兵 leader 就知道被选中的从节点已经顺利升级为主节点了。

将从节点指向新主节点

向「从节点」发送 SLAVEOF 命令来实现。如下图，哨兵 leader 向所有从节点（server3和server4）发送 SLAVEOF ，让它们成为新主节点的从节点。

通知客户的主节点已更换

这主要通过 Redis 的发布者/订阅者机制来实现的。每个哨兵节点提供发布者/订阅者机制，客户端可以从哨兵订阅消息。
客户端和哨兵建立连接后，客户端会订阅哨兵提供的频道。主从切换完成后，哨兵就会向 +switch-master 频道发布新主节点的 IP 地址和端口的消息，这个时候客户端就可以收到这条信息，然后用这里面的新主节点的 IP 地址和端口进行通信了。

将旧主节点变为从节点

故障转移操作最后要做的是，继续监视旧主节点，当旧主节点重新上线时，哨兵集群就会向它发送 SLAVEOF 命令，让它成为新主节点的从节点

哨兵集群

在配置哨兵的信息时，只需要填下面这几个参数，设置主节点名字、主节点的 IP 地址和端口号以及 quorum 值。哨兵节点之间是通过 Redis 的发布者/订阅者机制来相互发现的。

sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum>

在主从集群中，主节点上有一个名为__sentinel__:hello的频道，不同哨兵就是通过它来相互发现，实现互相通信的。
哨兵 A 把自己的 IP 地址和端口的信息发布到__sentinel__:hello 频道上，哨兵 B 和 C 订阅了该频道。那么此时，哨兵 B 和 C 就可以从这个频道直接获取哨兵 A 的 IP 地址和端口号。然后，哨兵 B、C 可以和哨兵 A 建立网络连接。

哨兵集群如何知道「从节点」的信息？

主节点知道所有「从节点」的信息，所以哨兵会每 10 秒一次的频率向主节点发送 INFO 命令来获取所有「从节点」的信息。