Redis（主从复制、哨兵模式、集群）概述及部署
Redis（主从复制、哨兵模式、集群）概述及部署
- 前言
- 一、主从复制
- (1)主从复制原理
- (2)主从复制作用
- (3)主从复制流程
- (4)搭建主从复制
- ①修改master节点配置文件
- ②修改Slave节点配置文件
- ③验证主从效果
- 二、哨兵模式
- (1)哨兵模式原理
- (2)哨兵模式的作用
- (3)哨兵模式的结构
- (4)哨兵模式的部署
- ①部署主从复制
- ②修改Redis哨兵模式的配置文件（所有节点操作）
- ③启动哨兵模式
- ④查看哨兵信息
- ⑤模拟故障
- 三、Redis集群模式
- (1)集群的作用
- (2)集群模式的数据分片
- (3)集群模式的主从复制模型
- (4)Redis集群模式
- ①Redis集群部署
- ②开启集群功能
- ③将配置为文件复制到其余目录中
- ④修改所有集群服务的配置文件端口，使其不一致
- ⑤启动redis节点
- ⑥启动集群
- ⑦集群测试
- 四、总结
前言
主从复制适用于数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复，哨兵模式基于主从复制，部署哨兵模式必须先部署主从复制，其在主从复制基础上提供了自动化的故障恢复。但是其写操作无法负载均衡，存储能力受到单机的限制。在MySQL数据库中为保证数据的高可用性，其有主从复制与MHA实现高可用。
一、主从复制
(1)主从复制原理
- 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。
(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。
(4)搭建主从复制
- 安装Redis服务、关闭防火墙
三台服务器同样配置
①修改master节点配置文件
（1）#修改master主配置文件
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，注释掉bind项，或修改为0.0.0.0,默认监听所有网卡
daemonize yes #137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379 #264行，指定工作目录
appendonly yes #700行，开启AOF持久化功能（2）#重启redis
/etc/init.d/redis_6379 restart
1、修改master主配置文件
2、重启redis
②修改Slave节点配置文件
（1）#修改slave1节点、slave2节点配置文件，slave1和slave2修改步骤相同
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0 #70行，修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes #137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log #172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379 #264行，指定工作目录
replicaof 192.168.159.230 6379 #287行，取消注释并指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes #700行，开启AOF持久化功能（2）#重启slave1节点和slave2节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart
1、修改slave1节点配置
2、重启slve服务
③验证主从效果
#在Master节点上看日志:
tail -f /var/log/redis_6379.log#在Master节点上验证从节点:
redis-cli
127.0.0.1:6379> info replication#创建数据验证
##在master创建数据
set name liy##在从节点上查看
get name
1、在master上查看日志
2、在master节点上验证从节点
3、创建数据验证
二、哨兵模式
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。
(1)哨兵模式原理
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。
(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，并让其他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。
(3)哨兵模式的结构
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。
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，所有节点上都需要部署哨兵模式，哨兵模式会监控所有的Redis 工作节点是否正常，当Master 出现问题的时候，因为其他节点与主节点失去联系，因此会投票，投票过半就认为这个 Master 的确出现问题，然后会通知哨兵间，然后从Slaves中选取一个作为新的 Master。
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。
(4)哨兵模式的部署
①部署主从复制
在上文的主从复制基础上部署
②修改Redis哨兵模式的配置文件（所有节点操作）
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
protected-mode no #17行，关闭保护模式
port 26379 #21行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes #26行，指定sentinel为后台启动
logfile "/var/log/sentinel.log" #36行，指定日志存放路径
dir "/var/lib/redis/6379" #65行，指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.159.230 6379 2 #84行， 修改
指定该哨兵节点监控192.168.159.230:6379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 down-after-milliseconds mymaster 30000 #113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 #146行，故障节点的最大超时时间为180000 (180秒 )
③启动哨兵模式
#注意：先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
④查看哨兵信息
redis-cli -p 26379 info Sentinel# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.159.230:6379,slaves=2,sentinels=3
[1]+ 完成 redis-sentinel sentinel.conf
⑤模拟故障
#在Master 上查看redis-server进程号:
ps -ef | grep redis#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 17504 #Master节点上redis-server的进程号#验证master是转换至从服务器
tail -f /var/log/sentinel.log#在Slave上查看是否转换成功
redis-cli -p 26379 INFO Sentinel
1、在Master上查看redis-server进程号
2、杀死Master节点上redis-server的进程号
3、验证master转换至从服务器
4、在slave上查看是否转换成功
三、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。
(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。
(2)集群模式的数据分片
- 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
(3)集群模式的主从复制模型
- 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位为主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。
(4)Redis集群模式
①Redis集群部署
redis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1台服务器上模拟
三个主节点端口号：6001,6002,6003
对应的从节点端口号：7001,7002,7003
#在当前服务器配置6个redis服务 cd /etc/redis/ mkdir -p /etc/redis/redis-cluster/redis600{1..6} cd redis-cluster/redis6001 #复制配置文件及程序到目录中 cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf ./ cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli ./ cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-server ./
②开启集群功能
[root@localhost redis6001]# vim redis.conf
69 #bind 127.0.0.1 #将其注释，即监听所有端口
88 protected-mode no #关闭保护模式
92 port 6001 #为了区分，将端口更改，6个不能相同
136 daemonize yes #开启守护进程
699 appendonly yes #开启AOF持久化
832 cluster-enabled yes #开启集群功能
840 cluster-config-file nodes-6001.conf #群集名称文件设置
846 cluster-node-timeout 15000 #群集超时时间设置
③将配置为文件复制到其余目录中
for i in {2..6};do
> cp ./* /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
> done
④修改所有集群服务的配置文件端口，使其不一致
for n in {2..6};do
> sed -i '92s/6001/600'$n'/' /etc/redis/redis-cluster/redis600$n/redis.conf
> sed -i '840s/6001/600'$n'/' /etc/redis/redis-cluster/redis600$n/redis.conf
> done
⑤启动redis节点
#分别进入6个节点，进行服务启动redis-server redis.conf
for m in {1..6};do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$m/
> redis-server redis.conf
> done
⑥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
# -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
⑦集群测试
四、总结
Redis高可用有四种实现方法：持久化、主从复制、哨兵模式、集群模式，持久化适用于单台服务器，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。其是最简单的一种高可用方式，Redis集群提供了分布式存储方案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，其集群最低需要6个节点，三主三从，实现Redis高可用。
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