Redis高可用群集---搭建（主从、哨兵、Cluster）

news2024/9/21 4:29:39

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  • Redis 高可用集群
  • Redis 主从复制
  • Redis 哨兵模式
  • Redis 集群模式

Redis 高可用集群

  • 在web服务器中，高可用是指服务器可以正常访问的时间，衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务（99.9%、99.99%、99.999%等等）。

  • 但是在Redis语境中，高可用的含义似乎要宽泛一些，除了保证提供正常服务（如主从分离、快速容灾技术），还需要考虑数据容量的扩展、数据安全不会丢失等。

  • 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 Cluster集群，下面分别说明它们的作用，以及解决了什么样的问题。
    ●持久化：持久化是最简单的高可用方法(有时甚至不被归为高可用的手段)，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。
    ●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。
    ●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。
    ●Cluster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。

链接: 持久化详解

Redis 主从复制

  1. 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. 主从复制的作用
     ①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。
     ②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。
      ③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。
     ④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端机器格数据文件保存到硬盘上，然后将其加载到内存中，接着Master是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瑞机器，如果Master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。
    在这里插入图片描述
  4. 搭建 Redis 主从复制
Master服务器：192.168.60.5
Slave1服务器：192.168.60.12
Slave2服务器：192.168.60.16

(1) 环境准备

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

#修改内核参数
vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048

sysctl -p

在这里插入图片描述
（2）安装Redis

yum install -y gcc gcc-c++ make

tar xf /opt/redis-7.0.9.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-7.0.9
make -j2
make PREFIX=/usr/local/redis install

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#创建redis工作目录
mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}

cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/conf/

useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis.redis /usr/local/redis/

#环境变量
vim /etc/profile 
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin		#增加一行

source /etc/profile


//定义systemd服务管理脚本
vim /usr/lib/systemd/system/redis-server.service
[Unit]
Description=Redis Server
After=network.target

[Service]
User=redis
Group=redis
Type=forking
TimeoutSec=0
PIDFile=/usr/local/redis/log/redis_6379.pid
ExecStart=/usr/local/redis/bin/redis-server /usr/local/redis/conf/redis.conf
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true

[Install]
WantedBy=multi-user.target


-----修改 Redis 配置文件（Master节点操作）-----
vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0									#87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no								#111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379										#138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"	#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data						#504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123								#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes									#1380行，开启AOF


systemctl restart redis-server.service


-----修改 Redis 配置文件（Slave节点操作）-----
vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0									#87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no								#111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379										#138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"	#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data						#504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123								#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes									#1380行，开启AOF
replicaof 192.168.60.5 6379					#528行，指定要同步的Master节点IP和端口
#masterauth abc123								#535行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepass

systemctl restart redis-server.service


-----验证主从效果-----
在Master节点上看日志：
tail -f /usr/local/redis/log/redis_6379.log

在这里插入图片描述

在Master节点上验证从节点：
redis-cli info replication

在这里插入图片描述

Redis 哨兵模式

  1. 概述
      ①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。
      ②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。

  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自动故降转移：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。
      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。
    在这里插入图片描述

  1. 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。
      （3）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。
      （4）由leader哨兵节点执行故障转移，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。leader哨兵节点会通知客户端主节点己经更换。
      
      需耍特别注意的是，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。

  2. 搭建 Redis 哨兵模式

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。

Master服务器：192.168.60.5
Slave1服务器：192.168.60.12
Slave2服务器：192.168.60.16

#环境
systemctl stop firewalld
setenforce 0

（1）修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

cp /opt/redis-7.0.9/sentinel.conf /usr/local/redis/conf/
chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf

vim /usr/local/redis/conf/sentinel.conf
protected-mode no									#6行，关闭保护模式
port 26379											#10行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes										#15行，指定sentinel为后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis-sentinel.pid		#20行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/sentinel.log"			#25行，指定日志存放路径
dir /usr/local/redis/data							#54行，指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.60.5 6379 2		#73行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.145.15:6379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 auth-pass mymaster abc123					#76行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepass
sentinel down-after-milliseconds mymaster 3000		#114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			#214行，同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间（180秒）

（2）启动哨兵模式

启动顺序：先启master，再启slave
cd /usr/local/redis/conf/
redis-sentinel sentinel.conf &

（3）查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

（4）故障模拟

#查看redis-server进程号
ps -ef | grep redis
redis     14582      1  0 14:16 ?        00:00:04 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      16597      1  0 14:58 ?        00:00:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      16656   9360  0 15:01 pts/2    00:00:00 grep --color=auto redis

#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 14582			#Master节点上redis-server的进程号

#验证结果
tail -f /usr/local/redis/log/sentinel.log

redis-cli -p 26379 INFO Sentinel

Redis 集群模式

  1. 概述
      集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。
      集群由多组节点(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。

  2. 集群的作用
    2.1 数据分区
     ①数据分区（或称数据分片）是集群最核心的功能。
     ②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。
     ③Redis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。
    2.2 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。

  3. Redis 集群的数据分片
      ①Redis集群引入了哈希槽的概念，Redis集群有16384个哈希槽（编号0-16383）。
      ②集群的每组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。
    3.1 哈希槽如何分配
      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。
    3.2 Redis 集群的主从复制模型
      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位为的主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。

所以Redis集群至少有三个主服务器和三个从服务器，主服务器负责读写功能，从服务器只负责复制主服务器。
在这里插入图片描述

  1. 部署 Redis 集群
     ①redis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：
     ②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。
cd /usr/local/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}

for i in {1..6}
do
\cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/
\cp /opt/redis-7.0.9/src/redis-cli /opt/redis-7.0.9/src/redis-server /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/
done

#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 /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
#bind 127.0.0.1									#87行，注释掉bind项，默认监听所有网卡
protected-mode no								#111行，关闭保护模式
port 6001										#138行，修改redis监听端口
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6001.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6001.log"	#354行，指定日志文件
dir ./											#504行，指定持久化文件所在目录
appendonly yes									#1379行，开启AOF
cluster-enabled yes								#1576行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf				#1584行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000						#1590行，取消注释群集超时时间设置

直接用脚本修改六个文件内容
#!/bin/bash
for i in {1..6}
do
sed -i '87c #bind 127.0.0.1' /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i '111c protected-mode no' /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i "138c port 600$i" /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i '309c daemonize yes' /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i "341c pidfile /usr/local/redis/log/redis_600$i.pid" /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i "354c logfile \"/usr/local/redis/log/redis_600$i.log\"" /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i '504c dir ./' /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i '1379c appendonly yes' /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i '1576c cluster-enabled yes' /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i "1584c cluster-config-file nodes-600$i.conf" /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
sed -i '1590c cluster-node-timeout 15000' /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i/redis.conf
done

#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 /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf

脚本执行
for d in {1..6}
do
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$d
./redis-server redis.conf
done

ps -ef | grep redis 查看一下端口看一下开启成功没

在这里插入图片描述

#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。

#测试群集
redis-cli -p 6001 -c					#加-c参数，节点之间就可以互相跳转

在这里插入图片描述

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redis-cli -p 6001 -c cluster nodes

在这里插入图片描述

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