redis服务之主从复制、哨兵模式、群集模式

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;

  • 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、Redis主从复制的流程

  • 第一步: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。

  • 第二步: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。

  • 第三步: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。

  • 第四步: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

环境配置

主机 操作系统 IP地址 安装包
Master CentOS7 192.168.56.72 redis-5.0.7.tar.gz
Slave1 CentOS7 192.168.56.73 redis-5.0.7.tar.gz
Slave2 CentOS7 192.168.56.74 redis-5.0.7.tar.gz
hostnamectl set-hostname master  #修改主机名,每台主机要改的不一样
su
systemctl stop firewalld
setenforce 0

每台主机
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(1)安装Redis(所有主机)

Master:192.168.56.72<br/>Slave1:192.168.56.73<br/>Slave2:192.168.56.74

yum install -y gcc gcc-c++ make
cd /opt
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz

cd /opt/redis-5.0.7/
make && make PREFIX=/usr/local/redis install

cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
......
#回车四次后,手动输入,需要一次性输入正确
Please select the redis executable path [] /usr/local/redis/bin/redis-server    

ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

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(2)修改Master节点Redis配置文件

Master:192.168.56.72

vim /etc/redis/6379.conf
#70行,修改bind 项,0.0.0.0监听所有网段
bind 0.0.0.0
#137行,开启守护进程
daemonize yes
#172行,指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行,指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#700行,开启AOF持久化功能
appendonly yes

/etc/init.d/redis_6379 restart

image.png
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(3)修改Slave节点Redis配置文件

Slave1:192.168.56.73<br/>Slave2:192.168.56.74

vim /etc/redis/6379.conf
#70行,修改bind 项,0.0.0.0监听所有网卡
bind 0.0.0.0
#137行,开启守护进程
daemonize yes
#172行,指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
#264行,指定工作目录
dir /var/lib/redis/6379
#288行,指定要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.56.72 6379
#700行,开启AOF持久化功能
appendonly yes

/etc/init.d/redis_6379 restart

image.png
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(4)验证主从效果

Master:192.168.5672

  • 在Master节点上看日志
tail -f /var/log/redis_6379.log

image.png

  • 在Master节点上验证从节点
redis-cli info replication

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二、Redis 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。

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。

注意: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、哨兵模式的搭建

环境配置
此时主从复制已搭建完成

主机 操作系统 IP地址 安装包
Master CentOS7 192.168.56.72 redis-5.0.7.tar.gz
Slave1 CentOS7 192.168.56.73 redis-5.0.7.tar.gz
Slave2 CentOS7 192.168.56.74 redis-5.0.7.tar.gz

(1)修改 Redis 配置文件(所有节点操作)

Master:192.168.56.72<br/>Slave1:192.168.56.73<br/>Slave2:192.168.56.74

vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf
#17行,关闭保护模式
protected-mode no
#21行,Redis哨兵默认的监听端口
port 26379
#26行,指定sentinel为后台启动
daemonize yes
#36行,指定日志存放路径
logfile "/var/log/sentinel.log"
#65行,指定数据库存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"
#84行,修改 指定该哨兵节点监控192.168.56.72:6379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 192.168.56.72 6379 2
#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
#146行,故障节点的最大超时时间为180000(180秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000

image.png
image.png
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(2)启动哨兵模式

Master:192.168.56.72<br/>Slave1:192.168.56.73<br/>Slave2:192.168.56.74

注意:先启master,再启slave

cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
  • 先启动主节点

image.png

  • 再启动从节点
    image.png
    image.png

    (3)查看哨兵模式信息

Master:192.168.56.72

redis-cli -p 26379 info Sentinel

image.png

(4)故障模拟

Master:192.168.56.72

#查看redis-server进程号
ps aux | grep redis
root      19633  0.1  0.1 156404  2772 ?        Ssl  14:16   0:02 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      19842  0.2  0.1 153844  2668 ?        Ssl  14:36   0:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      19914  0.0  0.0 112676   984 pts/0    S+   14:43   0:00 grep --color=auto redis

#杀死 Master 节点上redis-server的进程号,模拟故障
kill -9 19633           #Master节点上redis-server的进程号

image.png

(5)验证结果

Master:192.168.56.72

tail -f /var/log/sentinel.log   #查看日志

redis-cli -p 26379 INFO Sentinel  #查看哨兵信息

image.png
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三、Redis 群集模式

1、redis群集的概念

  • 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。

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。

3、Redis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

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、搭建Redis 群集模式

redis的集群一般需要6个节点,3主3从。
先在六台服务器上安装redis数据库

主机 操作系统 IP:端口 安装包
Master1 CentOS7 192.168.19.10:6371 redis-5.0.7.tar.gz
Master2 CentOS7 192.168.19.11:6372 redis-5.0.7.tar.gz
Master3 CentOS7 192.168.19.17:6373 redis-5.0.7.tar.gz
Slave1 CentOS7 192.168.19.18:6374 redis-5.0.7.tar.gz
Slave2 CentOS7 192.168.19.19:6375 redis-5.0.7.tar.gz
Slave3 CentOS7 192.168.19.20:6376 redis-5.0.7.tar.gz

这里使用不同的节点只是想说redis集群模式可以指定端口,不是只能使用6379端口,如果不想改的话也可以全都使用一个端口,这样创建目录和修改配置的时候更方便,所有节点除了监听的ip不一样以外没什么不同。

(1)创建并复制相关文件

所有节点

#创建文件,文件名要根据端口创建,方便区别
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis6371 
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis6371/
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis6371/

image.png

(2)修改配置文件,开启群集功能

所有节点<br/>先设置一个节点

cd /etc/redis/redis-cluster/redis6371
vim redis.conf
#69行,修改bind项,监听自己的IP
bind 192.168.19.10
#88行,修改,关闭保护模式
protected-mode no
#92行,修改,redis监听端口
port 6371
#136行,以独立进程启动
daemonize yes
#699行,修改,开启AOF持久化
appendonly yes
#832行,取消注释,开启群集功能
cluster-enabled yes
#840行,取消注释,修改,群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6371.conf
#846行,取消注释,群集超时时间设置
cluster-node-timeout 15000

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_redis_29

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_主从复制_30

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_数据_31

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_redis_32

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_redis_33

在这个节点上配置好的文件复制过去

scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf root@192.168.19.11:/etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf root@192.168.19.17:/etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf root@192.168.19.18:/etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf root@192.168.19.19:/etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf
scp /etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf root@192.168.19.20:/etc/redis/redis-cluster/redis6371/redis.conf

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_redis_34

其他服务器上

cd /etc/redis/redis-cluster/redis6371
vim redis.conf
#69行,修改bind项,监听自己的IP
bind 192.168.19.11
#92行,修改,redis监听端口
port 6372
#840行,取消注释,修改,群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6371.conf

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_redis_35

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_数据_36

(3)启动redis节点

所有节点

#每台服务器进入对应的文件中,执行命令
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6371/
redis-server redis.conf

ps -ef |  grep redis

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_主从复制_37

(4)启动集群

redis-cli --cluster create 192.168.19.10:6371 192.168.19.11:6372 192.168.19.17:6373 192.168.19.18:6374 192.168.19.19:6375 192.168.19.20:6376 --cluster-replicas 1

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_数据_38

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_redis_39

(5)测试群集

redis-cli -h 192.168.19.10 -p 6371 -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 test lisi
cluster keyslot test    #查看name键的槽编号

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_数据_40

redis (主从复制 哨兵模式 群集模式)_redis_41