[大数据]redis非关系型数据库—Redis高可用（主从复制、哨兵、Cluster）

一、Redis主从复制

1.1 简介

1.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
2.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

1.2 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

1.3 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

二、Redis主从复制的搭建

2.1 实验环境

2.2 配置思路

1.准备三台安装好了redis服务器的主机
2.master节点修改监听地址为0.0.0.0表示任意地址，并且需要开启AOF持久化，重启服务
3.Slave节点修改监听地址0.0.0.0，开启AOF持久化，需要额外在配置文件287行指定同步的master节点IP和端口，重启服务。在主服务器写入数据加以验证

2.3 配置步骤

2.3.1 三台服务器安装Redis

这边就不安装了，自行查看

2.3.2 修改Redis配置文件（Master节点操作）

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
appendonly yes                                  #700行，开启AOF持久化功能
 
/etc/init.d/redis_6379 restart
netstat -natp | grep redis

2.3.3 修改Redis配置文件（Slave1/2节点操作）

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 192.168.80.11 6379                    #287行，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

/etc/init.d/redis_6379 restart
netstat -natp | grep redis

2.4 验证主从效果

在Master节点上查看日志文件
cat /var/log/redis_6379.log

.......
Replica 192.168.80.12:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.80.13:6379 asks for synchronization

在Master节点验证从节点
redis-cli info replication              #可以显示redis服务器的主从复制的状态

#在master上插入数据
redis-cli -h 192.168.80.11 -p 6379
192.168.80.11:6379> set ggg 11111
192.168.80.11:6379> get ggg

#在slave1/2上查看数据
redis-cli -h 192.168.80.12/13 -p 6379
192.168.80.12/13:6379> keys *
192.168.80.12/13:6379> get ggg

#无法在slave节点服务写入数据
192.168.80.12/13:6379> set gxd 111      #从服务器配置主从复制后无法插入数据，实现了读写分离的作用

三、Redis哨兵模式

3.1 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

3.3 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。
3.通知（提醒）∶哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端

3.4 哨兵模式的组成

1.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，端口是26379
2.数据节点∶主节点和从节点都是数据节点

3.5 哨兵的工作模式

1.所有哨兵都会监控节点，哨兵之间会共享服务器的状态数据，对整个集群实现监控
2.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
3.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
1）主观下线：当某个哨兵认为节点宕机，是主观下线
2）客观下线：当所有哨兵投票后票数过半后确认宕机为客观下线，然后就会执行故障的切换等过程

四、Redis群集模式

4.1 简介

1.集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案
2.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

4.2 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

4.3 Redis集群的数据分片

1.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
2.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.Redis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

4.4 搭建Redis群集模式

4.4.1 服务器准备

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6台服务器上模拟：以IP及端口号进行区分：3个主节点端口号：7001、7003、7005，对应的从节点端口号：7002、7004、7006

4.4.2 所有节点

cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis6379
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis6379/
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis6379/

4.4.3 修改Master1节点的redis配置文件

#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 /etc/redis/redis-cluster/redis6379
vim redis.conf

bind 192.168.80.11					    #69行，修改bind项，监听自己的IP
protected-mode no						#88行，修改，关闭保护模式
port 6001								#92行，修改，redis监听端口，
daemonize yes							#136行，以独立进程启动
cluster-enabled yes						#832行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6379.conf		#840行，取消注释，群集名称文件设置，无需修改
cluster-node-timeout 15000				#846行，取消注释群集超时时间设置
appendonly yes							#699行，修改，开启AOF持久化

scp /etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf root@192.168.80.12:/etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf root@192.168.80.13:/etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf root@192.168.80.14:/etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf root@192.168.80.15:/etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf root@192.168.80.16:/etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf

4.4.4 修改其余节点的redis配置文件

vim /etc/redis/redis-cluster/redis6379/redis.conf
...
bind ip
...
port 端口
...

4.4.5 所有节点启动redis节点

cd /etc/redis/redis-cluster/redis6379/
redis-server redis.conf

4.4.6 启动集群

redis-cli --cluster create 192.168.80.11:6001 192.168.80.12:6002 192.168.80.13:6003 192.168.80.14:6004 192.168.80.15:6005 192.168.80.16:6006 --cluster-replicas 1

4.4.7 测试集群

redis-cli -h 192.168.80.11 -p 6001 -c        #加-c参数，节点之间就可以互相跳转	
cluster slots			#查看节点的哈希槽编号范围
set gxd dashuaibi
cluster keyslot gxd	#查看name键的槽编号