Redis群集
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1.Redis群集模式
redis群集有三种模式,分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster,下面会讲解一下三种模式的工作方式,以及如何搭建cluster群集
- 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;哨兵无法对从节点进行自动故障转移,在读写分离场景下,从节点故障会导致读服务不可用,需要对从节点做额外的监控、切换操作。 - 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
2.1简介
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。
2.2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
2.3主从复制流程
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
2.4主从复制搭建
安装Redis服务
三台服务器同样配置
[root@lwb ~]# systemctl stop firewalld
[root@lwb ~]# setenforce 0
[root@lwb ~]# yum install -y gcc-c++ make
[root@lwb ~]# cd /opt
[root@lwb opt]# tar xf redis-5.0.7.tar.gz
[root@lwb opt]# cd redis-5.0.7/
[root@lwb redis-5.0.7]# make prefix=/usr/local/redis install
[root@lwb redis-5.0.7]# cd utils
[root@lwb utils]# ./install_server.sh
[root@lwb utils]# ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin
[root@lwb utils]# vim /etc/redis/6379.conf
分别写上各自的ip地址
[root@lwb utils]# /etc/init.d/redis_6379 restart
#可以在全局使用redis
[root@lwb utils]# ln -s /etc/init.d/redis_6379 /usr/local/bin/redis
#进入redis
[root@lwb utils]# redis-cli -h 192.168.36.40 -p 6379
修改Redis配置文件(Master节点操作)
[root@master ~]# vim /etc/redis/6379.conf
#第70行,修改监听地址
bind 0.0.0.0
第137行,开启守护进程
daemonize yes
#第172行,指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#第264行,指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#第288行,添加主服务器地址及端口
replicaof 192.168.48.11 6379
#第700行,开启AOF持久化功能
appendonly yes
[root@master ~]# /etc/init.d/redis_6379 restart
修改Redis配置文件(Slave节点操作)
两台slave配置一样
[root@slave1 ~]# vim /etc/redis/6379.conf
#第70行,修改监听地址
bind 0.0.0.0
第137行,开启守护进程
daemonize yes
#第172行,指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#第264行,指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#第287行,添加主服务器地址及端口
replicaof 192.168.36.30 6379
#第700行,开启AOF持久化功能
appendonly yes
[root@slave1 ~]# /etc/init.d/redis_6379 restart
验证主从复制
在master节点查看日志:/var/log/redis_6379.log
从服务器同步成功
[root@master ~]# redis-cli -h 192.168.36.30 -p 6379 #登录数据库
info replication #查看主从同步信息
在master上创建数据
在slave上查看
3.哨兵模式
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。
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。
故障转移机制
- 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—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 - 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。
- 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。
4.哨兵模式配置
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
#所有节点配置一样
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
#第17行,取消注释
protected-mode no
#第21行,Redis哨兵默认的监听端口
port 26379
#第26行,指定sentinel为后台启动
daemonize yes
#第36行,指定日志存放路
logfile "/var/log/sentinel.log"
#第65行,指定数据库存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"
#第84行
#指定该哨兵节点监控192.168.36.30:6379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 monitor mymaster 192.168.36.30 6379 2
#第113行,判定服务器down掉的时间周期,默认30000毫秒(30秒)
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
#第146行,故障节点的最大超时时间为180000 (180秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000
启动哨兵模式
#先启动master,再启动slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
查看哨兵信息
redis-cli -p 26379 info sentinel
故障模拟
查看并杀死master节点的redis-server
验证结果
再次查看哨兵信息
小结
哨兵模式基于主从复制,但主从复制在单点故障后无法自动恢复,导致服务无法实现高可用性;哨兵模式基于主从复制基础之上,添加哨兵节点检测,当master宕机后,哨兵节点会通过投票选举方式,选举出新的master服务,保证服务的高可用性
5.Redis集群模式
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。
5.1 集群的作用
1)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。
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。
5.2Redis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
5.3Redis集群的主从复制模型
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。
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
6.搭建Redis集群模式
Redis集群一般需要6个节点,3主3从
这里所有节点在同一台服务器上模拟,以端口号进行区分,主节点端口号分别为:6001、6002、6003,对应的从节点端口号为6004、6005、6006
[root@master ~]# cd /etc/redis
[root@master redis]# mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
[root@master redis]# for i in {1..6}
> do
> cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
> cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
> done
六个全部修改
[root@master redis]# cd /etc/redis//redis-cluster/redis6001
[root@master redis6001]# ls
redis-cli redis.conf redis-server
[root@master redis6001]# vim redis.conf
#第69行,注释,即监听所有端口
#bind 127.0.0.1
#第88行,关闭保护模式
protected-mode no
#第92行,为了区分,将端口更改,6个不能相同
port 6001
#第136行,开启守护进程
daemonize yes
#第699行,开启AOF持久化
appendonly yes
#第832行,开启集群功能
cluster-enabled yes
#第840行,群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6001.conf
#第846行,群集超时时间设置
cluster-node-timeout 15000
杀死redis-server 6379 进程
[root@master redis6006]# ps -ef | grep redis
root 1238 1 0 14:49 ? 00:00:06 /usr/local/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
[root@master redis6006]# kill -9 1238
启动redis节点
[root@master redis6006]# for m in {1..6};do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$m/
> redis-server redis.conf
> done
启动集群
[root@master redis6006]# 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
# -replicas 1 表示每个主节点有1个从节点
#若使用6台服务器,此处节点ip请换为自己真实ip即端口号
集群测试
redis-cli -p 6001 -c
#-c 参数,节点之间可以相互跳转
cluster slots
#查看节点的哈希槽编号范围
cluster keyslot 键名
#查看键的哈希槽编号
可以看到三组主从
然后在6002上创建一个键值,在6006上查看,可以看到键,查看键值的时候会自动跳到6002,使用6003上查看键时会显示空,但是用get查看键值的时候还是会自动跳转到key的哈希槽对应节点6002