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redis群集的三种模式

news 来源：原创 2024/9/19 18:27:59

一、redis群集有三种模式

二、redis主从复制

2.1 概念

2.2 主从复制的作用

2.3 主从复制流程

三、搭建redis主从复制

四、redis哨兵模式

4.1 概念

4.2 哨兵模式原理:

4.3 哨兵模式的作用：

4.4 故障转移机制：

4.5 主节点的选举：

五、搭建redis哨兵

5.1 搭建

5.2 故障模拟

六、redis群集模式

6.1 概念

6.2 集群的作用

6.3 Redis集群的数据分片：

6.4 Redis集群的主从复制模型

七、搭建redis群集模式

一、redis群集有三种模式

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster，下面会讲解一下三种模式的工作方式，以及如何搭建cluster群集

主从复制：主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。
缺陷：故障恢复无法自动化；写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
哨兵：在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。
缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制；哨兵无法对从节点进行自动故障转移，在读写分离场景下，从节点故障会导致读服务不可用，需要对从节点做额外的监控、切换操作。
集群：通过集群，Redis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。

二、redis主从复制

2.1 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；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

2.2 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。

2.3 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

三、搭建redis主从复制

环境准备

Master节点： 192.168.67.12
Slave1节点： 192.168.67.13
Slave2节点： 192.168.67.14hostnamectl set-hostname master
hostnamectl set-hostname slave1
hostnamectl set-hostname slave2systemctl stop firewalld
setenforce 0

安装redis

#主从都装
yum -y install gcc gcc-c++ make#从服务器配置的版本高一点可以向下兼容
#从装5.0.9版本；主装5.0.7版本
wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.9.tar.gz#解压、编译redis安装包
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis installcd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
#一直回车到配置redis可执行路径，[]后添加/usr/local/redis/bin/redis-server#完成后添加软连接
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

修改Redis 配置文件（master节点操作）

#70行，修改监听地址为0.0.0.0
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

注：只需修改监听地址
和开启AOF持久化，其他按默认的即可

重启redis

/etc/init.d/redis_6379 restart

修改Redis 配置文件（slave节点操作）

vim /etc/redis/6379.conf

#70行，修改监听地址为0.0.0.0
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 192.168.10.23 6379
#700行，开启AOF持久化功能
appendonly yes

注：

修改监听地址
指定同步端口
开启AOF持久化

重启redis

/etc/init.d/redis_6379 restart

验证主从效果

在master节点上看日志

tail -f /var/log/redis_6379.log

在主redis库中添加一条数据

通过从redis查看是否同步

查看主redis的日志

在master节点上验证从节点

[root@master ~]# redis-cli info replication
# Replication
role:master
#表示有两个从库
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.67.13,port=6379,state=online,offset=3346,lag=0
slave1:ip=192.168.67.14,port=6379,state=online,offset=3346,lag=0
master_replid:bf55885a05abd47719025b6276996e40e9667fb4
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:3346
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:3346

四、redis哨兵模式

4.1 概念

主从切换技术的方法是：当服务器宕机后，需要手动一台从机切换为主机，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
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。

4.2 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。

4.3 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，并让其它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

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

4.4 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

每个哨兵节点每隔1秒会向主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测。如果主节点在一定时间范围内不回复或者是回复一个错误消息，那么这个哨兵就会认为这个主节点主观下线了（单方面的）。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

2、当主节点出现故障，此时哨兵节点会通过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，来负责处理主节点的故障转移和通知。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。

3、由leader哨兵节点执行故障转移，过程如下：

将某一个从节点升级为新的主节点，让其它从节点指向新的主节点；
若原主节点恢复也变成从节点，并指向新的主节点；
通知客户端主节点已经更换。

特别注意：

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

4.5 主节点的选举：

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

补充：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

五、搭建redis哨兵

5.1 搭建

环境准备

Master节点：192.168.67.12
Slave1节点：192.168.67.13
Slave2节点：192.168.67.14systemctl stop firewalld
setenforce 0

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#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
sentinel monitor mymaster 192.168.67.12 6379 2
# 192.168.67.12:6379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：表示至少需要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

启动哨兵模式

先启动master，再启动slave

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

查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

[root@master ~]# 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=192.168.67.12:6379,slaves=2,sentinels=3

5.2 故障模拟

查看redis-server 进程号

[root@master ~]# ps -ef | grep redis
root      19640  14397  0 01:11 pts/2    00:00:00 tail -f /var/log/redis_6379.log
root      19715      1  0 01:19 ?        00:00:07 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      20334  20239  0 02:00 pts/1    00:00:00 tail -f /var/log/redis_6379.log
root      20898      1  0 02:56 ?        00:00:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      20992  20283  0 03:03 pts/4    00:00:00 grep --color=auto redis
[root@master ~]#

杀死master节点上redis-server的进程号

kill杀掉 Master节点上redis-server的进程号
[root@master ~]# kill -9 19715

在原master上查看日志

#查看哨兵的日志
tail -f /var/log/sentinel.log

主redis变为67.14，实现故障自动切换

六、redis群集模式

6.1 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

6.2 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。

6.3 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

6.4 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

七、搭建redis群集模式

注：

redis的集群一般需要6个节点，3主3从；方便起见，这里所有节点在同一台服务器上模拟：
以端口号进行区分：3个主节点端口号：6001/6002/6003，对应的从节点端口号：6004/6005/6006

cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}[root@master redis]# vim test.sh
[root@master redis]# cat test.sh 
for i in {1..6}
do
cp /opt/redis-5.0.7/redis.conf /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-5.0.7/src/redis-cli /opt/redis-5.0.7/src/redis-server /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
done
[root@master redis]# bash test.sh

开启群集功能

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/redis6001
vim redis.conf
#69行，注释掉bind 项，默认监听所有网卡
#bind 127.0.0.1
#88行，修改，关闭保护模式
protected-mode no
#92行，修改，redis监听端口，
port 6001
#136行，开启守护进程，以独立进程启动
daemonize yes
#700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，群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6001.conf
#846行，取消注释群集超时时间设置
cluster-node-timeout 15000

启动redis节点

分别进入那六个文件夹，执行命令：redis-server redis.conf ，来启动redis节点

#可以一个个去执行
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf#也可以设置一个脚本来执行
[root@master redis]# pwd
/etc/redis
[root@master redis]# vim test2.sh
[root@master redis]# cat test2.sh 
for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done[root@master redis]# bash test2.shps -ef | grep redis

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

注：

六个实例分为三组，每组一主一从，前面的做主节点，后面的做从节点。
下面交互的时候需要输入 yes 才可以创建
--replicas 1 表示每个主节点有1个从节点

测试群集

[root@master redis]# redis-cli -p 6001 -c
#加-c参数，节点之间(的数据)就可以互相跳转
127.0.0.1:6001> cluster slots
#查看节点的哈希槽编号范围
#哈希槽编号范围
1) 1) (integer) 109232) (integer) 16383#主节点IP和端口号3) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60033) "4703f029b71f03a8102e7c3af763d4f036728241"#从节点IP和端口号4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60043) "84897626965c47eb88e9a96cca1f1ba8fdac492d"
2) 1) (integer) 02) (integer) 54603) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60013) "7e6c5a62e4c353905371801d2e5c2315c42844d6"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60053) "e2c0da8fb2c1d07eaed9959eae3bc0f31427a7f1"
3) 1) (integer) 54612) (integer) 109223) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60023) "61daf8ebc26f503d43f499fd098cac30c2f49f84"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60063) "2520316633767aae95bcbfdb298a675bef4571f7"
127.0.0.1:6001>

[root@master redis]# redis-cli -p 6001 -c
127.0.0.1:6001> set name yiyi
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002
OK
# -c 跳转
127.0.0.1:6002> get name
"yiyi"
#查看name键的槽编号
127.0.0.1:6002> CLUSTER KEYSLOT name
(integer) 5798
127.0.0.1:6002> quit
#对应的slave节点也有这条数据，但是别的节点没有
[root@master redis]# redis-cli -p 6006 -c
127.0.0.1:6006> keys *
1) "name"
127.0.0.1:6006> get name
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002
"yiyi"