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Redis超详细讲解高可用主从复制基础与哨兵模式方案

2022-04-07 11:00:30 作者：静静子♡

Redis因为其高性能和易用性在我们后端的服务中发挥了巨大的作用，并且很多重要功能的实现都会依赖redis，本篇我们来了解Redis高可用主从复制与哨兵模式

高可用基础---主从复制

Redis的复制功能是支持将多个数据库之间进行数据同步，主数据库可以进行读写操作。当主数据库数据发生改变时会自动同步到从数据库，从数据库一般是只读的，会接收注数据库同步过来的数据。

一个主数据库可以有多个从数据库，而一个从数据库只能有一个主数据库，默认情况下，每台服务器都是主节点，可以通过配置来设置Redis节点称为从数据库。

主从复制的原理

当启动一个从节点时，它会发送一个 PSYNC 命令（分为全量复制和部分复制）给主节点；
如果是从节点初次连接到主节点，那么会触发一次全量复制。此时主节点会启动一个后台线程，开始生成一份 RDB 快照文件；
同时还会将从客户端 client 新收到的所有写命令缓存在内存中。RDB 文件生成完毕后，主节点会将RDB文件发送给从节点，从节点会先将RDB文件写入本地磁盘，然后再从本地磁盘加载到内存中；
接着主节点会将内存中缓存的写命令发送到从节点，从节点同步这些数据；
如果从节点跟主节点之间网络出现故障，连接断开了，会自动重连，连接之后主节点仅会将部分缺失的数据同步给从节点。

主从复制配置

默认情况下，每个节点都是主节点，只需要配置从节点。可以通过复制Redis.conf配置文件，修改主要信息，例如：端口号、pid名称、log文件名称、dump.rdb名称等，可以修改配置，配置就永久有效，也可以通过命令形式做处理。

命令：info replication:查看当前库信息

命令：slaveof ip port :在从服务器上执行名，给定主服务器的端口和IP

命令：Slave no one :可以让从节点恢复为主机

示例

启动三个Redis服务，给定端口6380、6381、6382。给定6380为主节点

1、创建Redis实例

nohup redis-server --port 6380 >> /usr/local/redis/data/log/6380.log 2>&1 &
nohup redis-server --port 6381 >> /usr/local/redis/data/log/6381.log 2>&1 &
nohup redis-server --port 6382 >> /usr/local/redis/data/log/6382.log 2>&1 &
 
[root@redis ~]# ps -ef |grep redis
root      16421  16314  0 03:01 pts/1    00:00:00 redis-server *:6380
root      16427  16314  0 03:01 pts/1    00:00:00 redis-server *:6381
root      16431  16314  0 03:01 pts/1    00:00:00 redis-server *:6382

2、连接数据库并设置主从复制

Gong-Dezhe-MBP:log gongdezhe$ redis-cli -p 6380
127.0.0.1:6380> 

Gong-Dezhe-MBP:~ gongdezhe$ redis-cli -p 6381
127.0.0.1:6381> slaveof 127.0.0.1 6380
OK

Gong-Dezhe-MBP:~ gongdezhe$ redis-cli -p 6382
127.0.0.1:6382> slaveof 127.0.0.1 6380
OK

主从配置完成后，主节点信息：

从节点信息：

数据同步测试：

高可用方案---哨兵模式sentinel

搭建好的主从复制方案可以达到数据同步目的，但是当主服务器宕机后，需要手动将一个从服务器切换为主服务器，这个过程需要人工干预，同时切换会导致Redis的写入功能不可用。需要一种能够自动完成master故障发现并能够将一个Slave切换为master，这个时候需要哨兵sentinel模式，哨兵模式可以自动切换主从节点。

哨兵模式简介

sentinel是官方提供的高可用方案，其原理是哨兵通过发送命令，等待Redis服务器响应，从而监控运行的多个Redis实例。同时 sentinel是一个分布式系统，可以在一个架构中运行多个Sentinel进程。所以监控同一个Master的Sentinel会自动连接，组成一个分布式的Sentinel网络，互相通信并交换彼此关于被监视服务器信息。

sentinel工作过程：

通过向主服务器和从服务器发送ping命令，让服务器返回运行状态。
当哨兵监测到master宕机，会自动将一个slave切换成master，然后通过发布订阅模式通知其他的从服务器，修改配置文件，让它们切换主机。

关于sentinel的三个定时任务：

每1秒每个sentinel对其他sentinel和redis节点执行ping操作，心跳检测。
每10秒每个sentinel会对master和slave执行info命令，目的是发现slave结点，确定主从关系。
每2秒每个sentinel通过master节点的channel交换信息（pub/sub）。master节点上有一个发布订阅的频道(sentinel:hello)。sentinel节点通过sentinel:hello频道进行信息交换(对节点的"看法"和自身的信息)，达成共识。

哨兵工作原理

每个Sentinel以每秒钟一次的频率向它所知道的Master，Slave以及其他 Sentinel实例发送一个 PING命令。
如果一个实例距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过指定值，则这个实例会被 Sentine 标记为主观下线。
如果一个Master被标记为主观下线，则正在监视这个Master的所有 Sentinel要以每秒一次的频率确认Master是否真正进入主观下线状态。
当有足够数量的 Sentinel（大于等于配置文件指定值）在指定的时间范围内确认Master的确进入了主观下线状态，则Master会被标记为客观下线。若没有足够数量的 Sentinel同意 Master 已经下线， Master 的客观下线状态就会被解除。若 Master重新向 Sentinel 的 PING 命令返回有效回复， Master 的主观下线状态就会被移除。
哨兵节点会选举出哨兵 leader，负责故障转移的工作。
哨兵 leader 会推选出某个表现良好的从节点成为新的主节点，然后通知其他从节点更新主节点信息。

然而一个哨兵进程对Redis服务器进行监控，可能会出现问题，为此，我们可以使用多个哨兵进行监控，各个哨兵之间还会进行监控，这样就形成了多哨兵模式。

哨兵故障修复原理

1.主观下线：

当主服务器发生故障时，此时一个sentinel发现了故障，系统并不会马上进行failover过程（这个现象称为主观下线），它会向网络中的其他Sentinel进行确认。

2.客观下线：

接着其他Sentinel也陆续发现故障，这个时候其中一个Sentinel就会发起投票。一定数量的哨兵(在配置文件中指定)确认Master被标记为主观下线，此时将Master标记为客观下线。

3.sentinel的leader选举：

要想完成故障切换（将故障master剔除，并将一个slave提升为master）就必须先选举一个leader。最先发现故障的sentinel向其他哨兵发起请求成为leader，其他哨兵在没有同意别的哨兵的leader请求时，就会把票投给该sentinel。当半数以上的sentinel投票通过后就认定该sentinel为leader。接下来的故障切换有该leader完成。

4.master选举：

leader选好后将故障master剔除，从slave中挑选一个成为master。遵照的原则如下：

slave的优先级
slave从master那同步的数据量，那个slave多就优先。

5.新Master再通过发布订阅模式通知所有sentinel更新监控主机信息。

6.故障的主服务器修复后将成为从服务器继续工作。

示例：故障发生时：

故障切换：

Master重新上线后：

sentinel.conf配置讲解

配置哨兵配置文件 sentinel.conf

#Sentinel monitor <name> <ip> <port> <quorum>

name ：redis主服务名称，可以自行命名，但是在一个sentinel网络中，一个redis主服务只能有一个名称；
ip和port ：redis主服务的IP地址和端口号.
quorum ：表示要将这个主服务器判断为失效并下线至少需要2个sentinel同意
protected-mode ：关闭保护模式（默认情况下，redis node和sentinel的protected-mode都是yes，在搭建集群时，若想从远程连接redis集群，需要将redis node和sentinel的protected-mode修改为no，若只修改redis node，从远程连接sentinel后，依然是无法正常使用的，且sentinel的配置文件中没有protected-mode配置项，需要手工添加。依据redis文档的说明，若protected-mode设置为no后，需要增加密码证或是IP限制等保护机制，否则是极度危险的。）