主从复制简介
互联网“三高”架构
- 高并发
- 高性能
- 高可用
你的"Redis"是否高可用
单机redise风险与问题
- 问题1 机器故障
现象:硬件故障、系统崩溃
本质:数据丢失,很可能对业务造成灾难性打击
结论:基本上会放弃使用redis - 问题2 容量瓶颈
现象:内存不足,从16G升级到64G,无线升级内存
本质:穷,硬件条件跟不上
结论:放弃使用redis - 结论:
为了避免单点redis服务器故障,准备多台服务器,互相连通。将数据复制多个副本保存在不同的服务器上,链接在一起,并保证数据是否同步的,即使有其中一台服务器宕机,其他服务器依然可以继续提供服务,实现Redis的高可用,同时实现数据冗余备份。
多台服务器链接方案
- 提供多数据方:master
主服务器,主节点,主库
主客户端 - 接受数据方:slave
从服务器,从节点,从库
从客户端 - 需要解决的问题
数据同步 - 核心工作
master的数据复制到slave中
主从复制
主从复制即将master中的数据即时,有效的复制到slace中
特征:一个master可以拥有多个slave,一个slave只对应一个master
职责:
- master:
写数据
执行写操作时,将出现变化的数据自动同步到slave
读数据(可忽略) - slave:
读数据
写数据(禁止)
高可用集群
主从复制的作用
- 读写分离:master写,slave读,提高服务器的读写负载能力
- 负载均衡:基于主从结构,配合读写分离,由slave分担master负载,并根据需求的变化,改变slave的数量,通过多个从节点分担数据读取负载,大大提高Redis服务器并发量与数据吞吐量
- 故障恢复:当master出现问题时,由slave提供服务,实现快速的故障恢复
- 数据冗余:实现数据热备份,时持久化之外的一种数据冗余方式
- 高可用基石:基于主从复制,构建哨兵模式与集群,实现Redis的高可用方案
主从复制工作流程
总述
- 主从复制过程大体可以分为3个阶段
建立连接阶段(即准备阶段)
数据同步阶段
命令传播阶段
阶段一:建立链接 - 建立slave到master的链接,使master能够识别slave,并保存slave端口号
- 设置master的地址和端口,保存master信息
- 建立socket链接
- 发送ping命令(定时器任务)
- 身份验证
- 发送slave端口信息
至此,主从链接成功!
状态:
slave:保存master的地址和端口
master:保存slave的端口
总体:之间创建了链接的socket
主从链接(slave链接master)
- 方式一:客户端发送命令
slaveof< masterip>< masterport>
- 方式二:启动服务器参数
redis-server -slaveof < masterip>< masterport>
- 方式三:服务器配置
slaveof < masterip>< masterport>
- slave信息系统
master_link_down_since_second
masterhost
masterport - master信息系统
slave_listening_port(多个)
主从断开链接
- 客户端发送命令
slaveof no one
授权访问
阶段二、数据同步阶段工作流程
- 在slave初次链接master后,复制master中的所偶数据到slave
- 将slave的数据库状态更新成master当前数据库状态
步骤1:请求同步
步骤2:创建RDB同步数据
步骤3:恢复RDB同步数据
步骤4:请求部分同步数据
步骤5:恢复部分同步数据
至此,数据同步工作完成
状态:
slave:具有master端全部数据,包含RDB过程接收的数据
master:保存slave当前数据同步的位置
总体:之间完成了数据克隆
数据同步阶段master说明
- 如果master数据量巨大,数据同步阶段应该避免流量高峰期,避免造成master阻塞,影响业务正常执行
- 复制缓冲区大小设定不合理,会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长,进行部分赋值时发现数据已经存在丢失的情况,必须进行第二次全量复制,致使slave陷入死循环状态,修改缓冲区大小操作如下
repl-backlog-size lmb
- master单机内存占用主机内存的比例不应过大,建议使用50-70%的内存,留下30-50%的内存用于执行bgsave命令和创建复制缓冲区
数据同步阶段slave说明
- 为避免slave进行全量复制、部分复制时服务器响应阻塞或数据不同步,建议关闭此期间的对外服务
slave-server-stale-data yes|no
- 数据同步阶段,master发送给slave信息可以理解master是slave的一个客户端,主动向slave发送命令
- 多个slave同时对master请求数据同步,master发送的RDB文件增多,会对带宽造成巨大冲击,如果master宽带不足,因此数据同步需要根据业务需求,适量错峰。
- slave过多时,建议调整拓扑结构,由一主多从结构变为树状结构,中间接待你即是master,也是slave。注意使用树状结构时,由于层级深度,导致深度越高的slave与最顶层master间数据同步延迟较大,数据一致性变差,应谨慎选择
阶段三:命令传播阶段
- 当master数据库状态被修改后,导致主从服务器数据库状态不一致,此时需要让主从数据同步到一致的状态,同步的动作成为命令传播
- master将接受到的数据变更命令发送给slave,slave接受命令后执行命令。
命令传播阶段的部分复制
- 命令传播阶段出现了断网的现象
网络闪断闪连 忽略
短时间网络中断 部分复制
长时间网络中断 全量复制 - 部分复制的三个要素
服务器的运行id (run id)
主服务器的复制积压缓冲区
主从服务器的复制偏移量
复制缓冲区
- 概念:复制缓冲区,又名复制积压缓冲区,时一个先进先出(FIFO)的队列,用于存储服务器执行过的命令,每次传播命令,master会将传播的命令记录下来,并存储在复制缓冲区
复制缓冲区默认存储空间大小是1M,由于存储空间大小是固定的,当入队元素的数量大于队列长度时,最先入队的元素会被弹出,而新元素会被放入队列 - 由来:每台服务器启动时,如果开启有AOF或被链接成为master节点,即创建复制缓冲区。
- 作用:用来保存master收到的所有指令(仅影响数据变更的指令,例如set,select)
- 数据来源:
master端:发送一次记录一次
slaver端:接受一次记录一次 - 组成
偏移量
字节值 - 工作原理
- 通过offset区分不同的slave当前数据传播的差异
- master记录已发送的信息对应的offset
- slave记录已接收的信息对应的offser
主从服务器复制偏移量(offset)
- 概念:一个数字,描述复制缓冲区中的指令字节位置
- 分类:
master复制偏移量:记录发送给所有slave的指令字节对应的位置(多个)
slave复制偏移量:记录slave接受master发送过来的指令字节对应的位置(一个) - 数据来源:
master端:发送一次记录一次
slave端:接收一次记录一次 - 作用:同步信息,对比master与slave的差异,当slave断线后,恢复数据使用
数据同步+命令传播阶段工作流程
心跳机制
- 进入命令传播阶段后,master与slave间需要进行信息交换,使用心跳机制进行维护,实现双方连接保持在线
- master心跳
指令:PING
周期:由repl-ping-slave-period决定,默认10秒
作用:判断slave是否在线
查询: INFO replication 获取slave最后一次链接时间间隔,lag项维持在0或1视为正常 - slave心跳指令
指令:REPLCONF ACK{offset}
周期:1秒
作用1:汇报slave自己的复制偏移量,获取最新的数据变更指令
作用2:判断master是否在线
心跳阶段注意事项 - 当slave多数掉线,或延迟过高时,master为保障数据稳定性,将拒绝所有信息同步操作
min-slave-to-write 2
min-slave-max-lag 8
slave数量少于2个或者多有slave延迟都大于等于10秒时,强制关闭master写功能,停止数据同步
- slave数量由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
- slave延迟由slave发送REPLCONF ACK命令做queen
主从复制常见问题
频繁的全量复制(1)
伴随着系统的运行,master的数据量会越来越大,一旦master重启,runid将发生变化,会导致全部salve的全量复制操作
频繁的全量复制(2)
- 问题现象
网络环境不加,出现网络中断,slave不提供服务 - 问题原因
复制缓冲区过小,断网后slave的offset越界,触发全量复制 - 最终结果
slave反复进行全量复制 - 解决方案
修改复制缓冲区大小
repl-backlog-size
- 建议设置如下
测算从master到slave的重连平均时常
频繁的网络中断(1)
- 问题现象
master的CPU占用过高或slave频繁断开连接 - 问题原因
slave每1秒发送REPLCONF ACK命令到master
当slave连接了慢查询时(keys * , hgetall等),会大量占用CPU性能
master每1秒调用复制定时函数replicationCron(),对比slave发现长时间没有进行响应 - 最终结果
master各种资源(输出缓冲区、宽带、连接等)被严重占用 - 解决方案
通过设置合理的超时时间,确认是否释放slave
repl-timeout
该参数定义了超时时间的阈值(默认60秒),超过该值,释放slave
频繁的网络中断(2)
- 问题现象
slave与master连接断开 - 问题原因
master发送ping指令频度较低
master设定超时时间较短
ping指令在网络中存在丢包 - 解决方案
提高ping指令发送的频度
repl-ping-slave-period
超时时间repl-time的时间至少是ping指令频度的5-10倍,否则slave很容易判定超时
数据不一致
- 问题现象
多个slave获取相同数据不同步 - 问题原因
网络信息不同步,数据发送有延迟 - 解决方案
优化主从间的网络环境,通常防止在同一个机房部署,如使用阿里云等云服务器时要注意此现象
监控主从节点延迟(通过offset)判断,如果slave延迟过大,暂时屏蔽程序对该slave的数据访问
slave-server-stale-data yes|no
开启后仅响应info、slaveof等少数命令(慎用,除非对数据一致性要求很高)
主从复制简介
互联网“三高”架构
- 高并发
- 高性能
- 高可用
你的"Redis"是否高可用
单机redise风险与问题
- 问题1 机器故障
现象:硬件故障、系统崩溃
本质:数据丢失,很可能对业务造成灾难性打击
结论:基本上会放弃使用redis - 问题2 容量瓶颈
现象:内存不足,从16G升级到64G,无线升级内存
本质:穷,硬件条件跟不上
结论:放弃使用redis - 结论:
为了避免单点redis服务器故障,准备多台服务器,互相连通。将数据复制多个副本保存在不同的服务器上,链接在一起,并保证数据是否同步的,即使有其中一台服务器宕机,其他服务器依然可以继续提供服务,实现Redis的高可用,同时实现数据冗余备份。
多台服务器链接方案
- 提供多数据方:master
主服务器,主节点,主库
主客户端 - 接受数据方:slave
从服务器,从节点,从库
从客户端 - 需要解决的问题
数据同步 - 核心工作
master的数据复制到slave中
主从复制
主从复制即将master中的数据即时,有效的复制到slace中
特征:一个master可以拥有多个slave,一个slave只对应一个master
职责:
- master:
写数据
执行写操作时,将出现变化的数据自动同步到slave
读数据(可忽略) - slave:
读数据
写数据(禁止)
高可用集群
主从复制的作用
- 读写分离:master写,slave读,提高服务器的读写负载能力
- 负载均衡:基于主从结构,配合读写分离,由slave分担master负载,并根据需求的变化,改变slave的数量,通过多个从节点分担数据读取负载,大大提高Redis服务器并发量与数据吞吐量
- 故障恢复:当master出现问题时,由slave提供服务,实现快速的故障恢复
- 数据冗余:实现数据热备份,时持久化之外的一种数据冗余方式
- 高可用基石:基于主从复制,构建哨兵模式与集群,实现Redis的高可用方案
主从复制工作流程
总述
- 主从复制过程大体可以分为3个阶段
建立连接阶段(即准备阶段)
数据同步阶段
命令传播阶段
阶段一:建立链接 - 建立slave到master的链接,使master能够识别slave,并保存slave端口号
- 设置master的地址和端口,保存master信息
- 建立socket链接
- 发送ping命令(定时器任务)
- 身份验证
- 发送slave端口信息
至此,主从链接成功!
状态:
slave:保存master的地址和端口
master:保存slave的端口
总体:之间创建了链接的socket
主从链接(slave链接master)
- 方式一:客户端发送命令
slaveof< masterip>< masterport>
- 方式二:启动服务器参数
redis-server -slaveof < masterip>< masterport>
- 方式三:服务器配置
slaveof < masterip>< masterport>
- slave信息系统
master_link_down_since_second
masterhost
masterport - master信息系统
slave_listening_port(多个)
主从断开链接
- 客户端发送命令
slaveof no one
授权访问
阶段二、数据同步阶段工作流程
- 在slave初次链接master后,复制master中的所偶数据到slave
- 将slave的数据库状态更新成master当前数据库状态
步骤1:请求同步
步骤2:创建RDB同步数据
步骤3:恢复RDB同步数据
步骤4:请求部分同步数据
步骤5:恢复部分同步数据
至此,数据同步工作完成
状态:
slave:具有master端全部数据,包含RDB过程接收的数据
master:保存slave当前数据同步的位置
总体:之间完成了数据克隆
数据同步阶段master说明
- 如果master数据量巨大,数据同步阶段应该避免流量高峰期,避免造成master阻塞,影响业务正常执行
- 复制缓冲区大小设定不合理,会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长,进行部分赋值时发现数据已经存在丢失的情况,必须进行第二次全量复制,致使slave陷入死循环状态,修改缓冲区大小操作如下
repl-backlog-size lmb
- master单机内存占用主机内存的比例不应过大,建议使用50-70%的内存,留下30-50%的内存用于执行bgsave命令和创建复制缓冲区
数据同步阶段slave说明
- 为避免slave进行全量复制、部分复制时服务器响应阻塞或数据不同步,建议关闭此期间的对外服务
slave-server-stale-data yes|no
- 数据同步阶段,master发送给slave信息可以理解master是slave的一个客户端,主动向slave发送命令
- 多个slave同时对master请求数据同步,master发送的RDB文件增多,会对带宽造成巨大冲击,如果master宽带不足,因此数据同步需要根据业务需求,适量错峰。
- slave过多时,建议调整拓扑结构,由一主多从结构变为树状结构,中间接待你即是master,也是slave。注意使用树状结构时,由于层级深度,导致深度越高的slave与最顶层master间数据同步延迟较大,数据一致性变差,应谨慎选择
阶段三:命令传播阶段
- 当master数据库状态被修改后,导致主从服务器数据库状态不一致,此时需要让主从数据同步到一致的状态,同步的动作成为命令传播
- master将接受到的数据变更命令发送给slave,slave接受命令后执行命令。
命令传播阶段的部分复制
- 命令传播阶段出现了断网的现象
网络闪断闪连 忽略
短时间网络中断 部分复制
长时间网络中断 全量复制 - 部分复制的三个要素
服务器的运行id (run id)
主服务器的复制积压缓冲区
主从服务器的复制偏移量
复制缓冲区
- 概念:复制缓冲区,又名复制积压缓冲区,时一个先进先出(FIFO)的队列,用于存储服务器执行过的命令,每次传播命令,master会将传播的命令记录下来,并存储在复制缓冲区
复制缓冲区默认存储空间大小是1M,由于存储空间大小是固定的,当入队元素的数量大于队列长度时,最先入队的元素会被弹出,而新元素会被放入队列 - 由来:每台服务器启动时,如果开启有AOF或被链接成为master节点,即创建复制缓冲区。
- 作用:用来保存master收到的所有指令(仅影响数据变更的指令,例如set,select)
- 数据来源:
master端:发送一次记录一次
slaver端:接受一次记录一次 - 组成
偏移量
字节值 - 工作原理
- 通过offset区分不同的slave当前数据传播的差异
- master记录已发送的信息对应的offset
- slave记录已接收的信息对应的offser
主从服务器复制偏移量(offset)
- 概念:一个数字,描述复制缓冲区中的指令字节位置
- 分类:
master复制偏移量:记录发送给所有slave的指令字节对应的位置(多个)
slave复制偏移量:记录slave接受master发送过来的指令字节对应的位置(一个) - 数据来源:
master端:发送一次记录一次
slave端:接收一次记录一次 - 作用:同步信息,对比master与slave的差异,当slave断线后,恢复数据使用
数据同步+命令传播阶段工作流程
心跳机制
- 进入命令传播阶段后,master与slave间需要进行信息交换,使用心跳机制进行维护,实现双方连接保持在线
- master心跳
指令:PING
周期:由repl-ping-slave-period决定,默认10秒
作用:判断slave是否在线
查询: INFO replication 获取slave最后一次链接时间间隔,lag项维持在0或1视为正常 - slave心跳指令
指令:REPLCONF ACK{offset}
周期:1秒
作用1:汇报slave自己的复制偏移量,获取最新的数据变更指令
作用2:判断master是否在线
心跳阶段注意事项 - 当slave多数掉线,或延迟过高时,master为保障数据稳定性,将拒绝所有信息同步操作
min-slave-to-write 2
min-slave-max-lag 8
slave数量少于2个或者多有slave延迟都大于等于10秒时,强制关闭master写功能,停止数据同步
- slave数量由slave发送REPLCONF ACK命令做确认
- slave延迟由slave发送REPLCONF ACK命令做queen
主从复制常见问题
频繁的全量复制(1)
伴随着系统的运行,master的数据量会越来越大,一旦master重启,runid将发生变化,会导致全部salve的全量复制操作
频繁的全量复制(2)
- 问题现象
网络环境不加,出现网络中断,slave不提供服务 - 问题原因
复制缓冲区过小,断网后slave的offset越界,触发全量复制 - 最终结果
slave反复进行全量复制 - 解决方案
修改复制缓冲区大小
repl-backlog-size
- 建议设置如下
测算从master到slave的重连平均时常
频繁的网络中断(1)
- 问题现象
master的CPU占用过高或slave频繁断开连接 - 问题原因
slave每1秒发送REPLCONF ACK命令到master
当slave连接了慢查询时(keys * , hgetall等),会大量占用CPU性能
master每1秒调用复制定时函数replicationCron(),对比slave发现长时间没有进行响应 - 最终结果
master各种资源(输出缓冲区、宽带、连接等)被严重占用 - 解决方案
通过设置合理的超时时间,确认是否释放slave
repl-timeout
该参数定义了超时时间的阈值(默认60秒),超过该值,释放slave
频繁的网络中断(2)
- 问题现象
slave与master连接断开 - 问题原因
master发送ping指令频度较低
master设定超时时间较短
ping指令在网络中存在丢包 - 解决方案
提高ping指令发送的频度
repl-ping-slave-period
超时时间repl-time的时间至少是ping指令频度的5-10倍,否则slave很容易判定超时
数据不一致
- 问题现象
多个slave获取相同数据不同步 - 问题原因
网络信息不同步,数据发送有延迟 - 解决方案
优化主从间的网络环境,通常防止在同一个机房部署,如使用阿里云等云服务器时要注意此现象
监控主从节点延迟(通过offset)判断,如果slave延迟过大,暂时屏蔽程序对该slave的数据访问
slave-server-stale-data yes|no
开启后仅响应info、slaveof等少数命令(慎用,除非对数据一致性要求很高)