【Redis三】主从复制、哨兵以及Cluster集群

news2024/11/26 0:40:19

主从复制、哨兵以及Cluster集群

  • 1.Redis高可用
  • 2.Redis主从复制
    • 2.1 主从复制的作用
    • 2.2 主从复制流程
  • 2.3 搭建Redis主从复制
      • 2.3.1 安装部署Redis
      • 2.3.2 验证主从复制结果
  • 3.Redis哨兵模式
    • 3.1 哨兵模式概述
    • 3.2 哨兵模式的作用
    • 3.3 故障转移机制
    • 3.4 主节点的选举
    • 3.5 搭建Redis哨兵模式

1.Redis高可用

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。

2.Redis主从复制

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。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 搭建Redis主从复制

在这里插入图片描述

2.3.1 安装部署Redis

###关闭和禁止防火墙开机自启功能
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

(1) 修改内核参数

vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 10240

sysctl -p

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（2）安装redis

yum install -y gcc gcc-c++ make
cd /opt
rz -E
#redis-7.0.9.tar.gz
tar xf /opt/redis-7.0.9.tar.gz 
cd /opt/redis-7.0.9
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行配置，可直接执行make与make install命令进行安装

在这里插入图片描述

（3）创建redis工作目录，并创建redis程序用户

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/

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（4）将redis的可执行文件路径加入到系统环境变量中

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

source /etc/profile

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（5）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
tcp-backlog 10240
#147行，修改参数为10240
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 123								#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes									#1380行，开启AOF

（6）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
tcp-backlog 10240
#147行，修改参数为10240
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 123								#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes									#1380行，开启AOF
replicaof 192.168.80.50 6379					#528行，指定要同步的Master节点IP和端口
masterauth 123								#535行，可选，指定Master节点的密码，在Master节点设置requirepas时，此处才需要设置密码

（7）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

（8）重新加载systemd服务管理并启动服务

systemctl daemon-reload
systemctl start redis-server
systemctl enable redis-server
netstat -lntp | grep 6379
systemctl status redis-server

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2.3.2 验证主从复制结果

###在Master节点上添加数据内容
redis-cli -h 192.168.80.50 -p 6379 -a '123'
keys *
set name gzy
get name

###在slave节点上查看主节点添加的数据内容
redis-cli -h 192.168.80.60 -p 6379 -a '123'
keys *
get name

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###在Master节点上看日志
tail -f /usr/local/redis/log/redis_6379.log 

###在Master节点上验证从节点
redis-cli -h 192.168.80.50 -p 6379 -a '123'
info replication

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3.Redis哨兵模式

3.1 哨兵模式概述

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。

3.2 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。

3.3 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。
在这里插入图片描述

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。
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3.4 主节点的选举

（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。

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.

3.5 搭建Redis哨兵模式

注意： 哨兵节点既可以单独部署，也可以和数据节点部署在一台服务器上，视服务器的数量而定。
在主从复制基础上进行下面的哨兵模式实验：
（1）设置Redis哨兵模式配置文件的属组以及属主（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

（2）修改Redis哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

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 192.168.80.50 6379 2		#73行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.80.10:6379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）

###将修改好的redis的配置文件复制到另外两个从服务器
scp sentinel.conf 192.168.80.60:`pwd`
scp sentinel.conf 192.168.80.70:`pwd`

（3）启动哨兵模式

###先启master，再启slave
cd /usr/local/redis/conf
redis-sentinel ./sentinel.conf &
netstat -lntp | grep redis

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（4）查看哨兵信息

###在主从节点上执行以下命令
redis-cli -p 26379 info Sentinel

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（5）关闭主节点进程，模拟故障切换

#查看redis-server进程号：
ps -ef | grep redis

#杀死Master节点上redis-server的进程号
kill -9 8400			#Master节点上redis-server的进程号

在这里插入图片描述

（6）验证故障切换结果

tail -f /usr/local/redis/log/sentinel.log
redis-cli -p 26379 info Sentinel

###在新选举的主上执行以下命令
redis-cli -h 192.168.80.70 -p 6379 -a '123'
info replication

在这里插入图片描述
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（7）维修恢复原先挂掉到的主节点

###在redis配置文件中添加连接主节点的密码
vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
#在535行左右添加密码信息
masterauth 123

systemctl restart redis-server.service 
systemctl status redis-server.service 
redis-cli -h 192.168.80.50 -p 6379 -a '123'
info replication

tail -f /usr/local/redis/log/sentinel.log 

###在现在的主节点上执行以下命令
redis-cli -h 192.168.80.70 -p 6379 -a '123'
info replication

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