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

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

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

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

Redis主从复制的搭建

实验环境

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

配置步骤

三台服务器安装Redis

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

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

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 qzj 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

Redis哨兵模式

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

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

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

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

配置哨兵模式

#修改配置文件（所有节点）
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 192.168.80.11 6379 2	
#84行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.80.11:6379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）

#启动哨兵模式
redis-sentinel /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf &   #先启动master，再启动slave

#查看哨兵信息
redis-cli -p 26379 info sentinel

模拟故障

netstat -natp | grep redis
kill -9 redis的进程

#查看哨兵的信息
redis-cli -p 26379 info sentinel

#查看日志
tail -f /var/log/sentinel.log

Redis群集模式

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

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

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

搭建Redis群集模式

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

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/

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

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
...

所有节点启动redis节点

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

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

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