[大数据]Redis（主从复制、哨兵、集群）概述及部署

一、Redis主从复制

1.Redis主从复制的概念

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）；数据的复制时单向的，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.Redis主从复制的作用

• 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；实际上时一种服务的冗余
• 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.Redis主从复制的流程

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，Maste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

4.Redis主从复制的搭建

4.1环境准备

4.2安装Redis（所有节点）

systemctl stop firewalld
setenforce 0
 
yum install -y gcc gcc-c++ make
 
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
 
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
 
 
回车四次，下一步需要手动输入
 
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server  	
 
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

4.3修改Master节点Redis配置文件

vim /etc/redis/6379.conf

bind 0.0.0.0                        #70行，修改bind 项，0.0.0.0监听所有网段
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

4.4修改Slave节点Redis配置文件（Slave1和Slave2配置相同）

vim /etc/redis/6379.conf    #配置文件位置

70 bind 0.0.0.0    #修改监听地址
137 daemonize yes  #开启守护进程
172 logfile /var/log/redis_6379.log  #指定日志文件目录
264 dir /var/lib/redis/6379   #指定工作目录
288 replicaof 192.168.226.160 6379  #添加主服务器地址 及端口
700 appendonly yes   #开启AOF持久化功能
#保存，并启动服务
 
（2）#重启slave1节点和slave2节点redis服务
/etc/init.d/redis_6379 restart

4.5验证主从效果

在Master节点上看日志

#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

在Master节点上验证从节点

创建数据验证

在从服务器上写数据

二、哨兵模式

主从切换技术的方式是：当主服务器宕机后，需要手动一台从节点切换为主机，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

1.哨兵模式的原理

哨兵：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，哨兵会自动故障转移操作，它会将失效主节点地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

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
2. 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中选举一个作为新的Master

4.故障转移机制

1. 由哨兵节点定期监控发现主节点是否出现了故障
2. 每个哨兵节点每隔1秒回向主节点、从节点及其他哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测
3. 如果主节点在一定时间范围内不回复或者回复一个错误消息，那么这个哨兵就会认为这个主节点主观下线了（单方面的）
4. 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
5. 当主节点出现故障，此时哨兵会通过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（领导者），来负责处理主节点的故障转移和通知
6. 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

1. 将某一个从节点升级为新的主节点，让其他从节点指向新的主节点
2. 若原主节点恢复也变成从节点，并指向新的主节点
3. 通知客户端主节点已经更换

需要注意的是
客观下线时主节点才有的概念；如果从节点和哨兵节点发生故障，被哨兵主观下线后，不会在有后续的客观下线和故障转移操作

5.主节点选举

4. 过滤掉不健康的（已下线的），没有回复哨兵ping响应的从节点
5. 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）
6. 选择复制偏移量最大，也就是复制最完整的从节点

6.哨兵模式的部署

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

6.1修改Redis哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

#所有节点配置一样，如下所示
vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
 17 protected-mode no      #关闭保护模式
 21 port 26379             #Redis哨兵默认的监听端口
 26 daemonize yes		   #指定sentinel为后台启动
 36 logfile "/var/log/sentinel.log"  #指定日志存放路径
 65 dir "/var/lib/redis/6379"        #指定数据库存放路径
 84 sentinel monitor mymaster 192.168.226.160 6379 2  #指定该哨兵节点监控192.168.48.11:6379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
113 sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000  #判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒(30秒)
146 sentinel failover-timeout mymaster 180000        #146行，故障节点的最大超时时间为180000 (180秒 )
#保存配置文件
#先启动master，再启动slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

6.2启动哨兵模式

注意：先启动master再启动slave

cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

6.3查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info sentinel

6.4故障模拟

查看并杀死master节点的redis-server

再次查看哨兵信息

6.5恢复过程

如过要将以前的master的redis启动，需要先将/var/run/redis_6379.pid文件删除，删除执行在执行/etc/init.d/redis_6379 start ，即可启动redis服务，启动之后，哨兵会将它设置为salve从节点，并自动指向新的节点。

最好再去配置文件中去指向主从复制的master，也就是将重新启动的master的配置文件/etc/redis/6379.conf 中的 288行重新指向新的master。

7.小结

1. 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回复，导致服务无法实现高可用性
2. 哨兵模式基于主从复制基础之上，添加哨兵节点检测
3. 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

三、Redis集群模式

1. 集群，即Redis Cluster，是Redis3.0开始引入的分布式存储方案
2. 集群是由多个节点（Node）组成，Redis的数据分布在这些节点中
3. 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。

1.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；
2.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。
3.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

1. Redis集群引入了哈希槽的概念
2. Redis集群有 16384 个哈希槽( 编号0-16383)
3. 集群的每个节点负责一部分哈希槽
4. 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

3.集群模式的主从复制模型

    <- - -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

1. 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。
2. 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

4.1Redis集群部署

Redis集群一般需要6个节点，3主3从。
本文使用一个服务器，模拟三主三从

#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 ./

4.2开启集群功能

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

4.3将配置好的文件复制到其余目录中

for i in {2..6};do
> cp ./* /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
> done

4.4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

4.5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

4.6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

4.7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

总结

1. 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
2. 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
3. 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。
4. 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。
5. 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