Redis三种模式（主从复制，哨兵，集群）

Redis三种模式（主从复制，哨兵，集群）

  • 一、主从复制
    • 1.1、主从复制概述
    • 1.2、 Redis主从复制流程
    • 1.3、 Redis主从复制作用
    • 1.4 、部署Redis 主从复制
  • 二、Redis 哨兵模式
    • 2.1、哨兵模式的原理
    • 2.2、哨兵模式的作用
    • 2.3、哨兵的结构组成
    • 2.4、故障转移机制
    • 2.5、主节点的选举
    • 2.6、Redis 哨兵模式的搭建
  • 三、Redis集群
    • 3.1、集群的作用
    • 3.2、Redis 集群的数据分片
    • 3.3、Redis集群的主从复制模型
    • 3.4、搭建Redis 群集模式

一、主从复制

1.1、主从复制概述

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  • 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。

1.2、 Redis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。

1.3、 Redis主从复制作用

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。
故障恢复：当主节点出现问题时，可以由从节点2.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。

1.4 、部署Redis 主从复制

环境准备

主机系统IP地址安装包
Master节点CentOS 7192.168.11.13redis-5.0.7.tar. gz
Slave1节点CentOs 7192.168.11.14redis-5.0.7.tar.gz
Slave2节点CentOS 7192.168.11.15redis-5.0.7.tar.gz
#三台主机都关闭防火墙和SELINUX
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config

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 修改 Redis 配置文件（Master节点操作）

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0									#87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no								#111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379										#138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"	#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data						#504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123								#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes									#1380行，开启AOF

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 重新启动服务

systemctl restart redis-server.service

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修改 Redis 配置文件（Slave1节点操作）

vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0									#87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no								#111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379										#138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"	#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data						#504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123								#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes									#1380行，开启AOF
replicaof 192.168.11.13 6379					#528行，指定要同步的Master节点IP和端口
#masterauth abc123								#535行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepas

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修改 Redis 配置文件（Slave2节点操作）

#远程传输
scp 192.168.11.14:/usr/local/redis/conf/redis.conf /usr/local/redis/conf/redis.confsystemctl restart redis-server.service

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验证主从效果

#在Master节点上看日志：
tail -f /usr/local/redis/log/redis_6379.log

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#在Master节点上验证从节点：
redis-cli -a abc123 info replication -a

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二、Redis 哨兵模式

  • 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。

2.1、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。

2.2、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，并让其它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。

2.3、哨兵的结构组成

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。

2.4、故障转移机制

  • 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。

  • 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。

     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。

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。

2.5、主节点的选举

1.过滤掉不健康的（已下线的），没有回复哨兵 ping 响应的从节点。
2.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）
3.选择复制偏移量最大，也就是复制最完整的从节点。

4.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

2.6、Redis 哨兵模式的搭建

做实验前要先将各个服务器进行主从复制

Master节点：192.168.11.13
Slave1节点：192.168.11.14
Slave2节点：192.168.11.15
修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

cp /opt/redis-7.0.13/sentinel.conf /usr/local/redis/conf/
chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf

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vim /usr/local/redis/conf/sentinel.confprotected-mode no							
#6行，关闭保护模式port 26379									#10行，Redis哨兵默认的监听端口daemonize yes								#15行，指定sentinel为后台启动pidfile /usr/local/redis/log/redis-sentinel.pid		
#20行，指定 PID 文件logfile "/usr/local/redis/log/sentinel.log"	#25行，指定日志存放路径dir /usr/local/redis/data					#54行，指定数据库存放路径sentinel monitor mymaster 192.168.11.13 6379 2
#73行
#指定该哨兵节点监控192.168.2.100:6379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 auth-pass mymaster abc123			#76行指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepasssentinel down-after-milliseconds mymaster 3000
#114行，判定服务器down掉的时间周期，默认3000毫秒（3秒）sentinel failover-timeout mymaster 180000	#214行，同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间（180秒）

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 实现基于VIP（虚拟IP）的故障转移（所有节点）

#VIP地址漂移
#修改哨兵配置文件279行，添加脚本路径
sentinel client-reconfig-script mymaster /usr/local/redis/conf/fail.sh

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脚本
#!/bin/bash
MASTER_IP=$6
#表示传递的第六个参数，即新Master的地址
INTERFACE="ens33"
LOCAL_IP=$(ifconfig $INTERFACE | awk 'NR==2 {print $2}')
#本机IP 网卡ens33对应
VIP="192.168.11.200"
#设定VIP
NETMASK="24"
KEY="1"#判断当前节点是否为主节点
if [ "$MASTER_IP” = "$LOCAL_IP" ];then
/sbin/ifconfig ${INTERFACE}:${KEY} ${VIP}/${NETMASK}
#如果是，将设定的VIP绑定到指定的网络接口上
exit 0
else
/sbin/ifconfig ${INTERFACE}:${KEY} down
#如果不是，将指定的网络接口和绑定的VIP停止
fi
exit 1#给脚本加执行权限
chmod +x fail.sh

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#Master节点的脚本和配置文件传输给Slave1
scp /usr/local/redis/conf/sentinel.conf 192.168.11.14:/usr/local/redis/conf/sentinel.conf
scp /usr/local/redis/conf/fail.sh 192.168.11.14:/usr/local/redis/conf/#Master节点的脚本和配置文件传输给Slave2
scp /usr/local/redis/conf/sentinel.conf 192.168.11.15:/usr/local/redis/conf/sentinel.conf
scp /usr/local/redis/conf/fail.sh 192.168.2.15:/usr/local/redis/conf/#复制过去后 要更改属组属主
chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf

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启动哨兵模式
注意：先启master，再启slave

cd /usr/local/redis/conf/redis-sentinel sentinel.conf &

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查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

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#执行脚本
#添加VIP
bash fail.sh 1 1 1 1 1 192.168.11.13 1

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故障模拟，观察能否故障切换
通过观察各个节点的master、slave状态，还有VIP地址能否自动漂移。关闭主节点的Redis服务

systemctl stop redis-server
观察是否自动故障转移

#通过哨兵看
redis-cli -h 192.168.11.15 -p 26379info sentinel

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 观察VIP地址是否漂移

#Slave
ifconfig

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重新启动master节点的redis服务

systemctl start redis-server#连接到redis
redis-cli -a abc123 info replication#观察两个配置文件 
#可以看到配置文件自动被修改，原来的master状态变为slave

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三、Redis集群

1、集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。2、集群由多组节点(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。

3.1、集群的作用

  • 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。

  • 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。

3.2、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）

  • 集群的每组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

3.3、Redis集群的主从复制模型

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位为的主节点继续服务。

3.4、搭建Redis 群集模式

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 /usr/local/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
for i in {1..6}
do
cp /opt/redis-7.0.13/redis.conf /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-7.0.13/src/redis-cli /opt/redis-7.0.13/src/redis-server /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i
done

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 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个端口都要不一样在6001的服务器上进行修改，后使用循环将配置文件复制到其他服务器上

cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001vim redis.conf#bind 127.0.0.1								#87行，注释掉bind项，默认监听所有网卡protected-mode no								#111行，关闭保护模式
port 6001										#138行，修改redis监听端口
daemonize yes									#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6001.pid		#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6001.log"	#354行，指定日志文件
dir ./											#504行，指定持久化文件所在目录
appendonly yes									#1379行，开启AOF
cluster-enabled yes								#1576行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf				#1584行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000						#1590行，取消注释群集超时时间设置

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#执行5次，将6001的配置文件，分别复制给2-5
cp redis.conf ../redis6002/

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#使用sed，可以直接替换端口号，不需要用vim
sed -i 's/6001/6002/' ../redis6002/redis.conf
#以6002为例，其余操作相同

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 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

cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf#从 1 到 6 的范围循环，将 $d 替换成循环变量的值
#进入对应的目录并启动 Redis 服务器
for d in {1..6}
do
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$d
./redis-server redis.conf
doneps -ef | grep redis

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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
#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。

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测试群集

#登录6001
redis-cli -p 6001 -c					
#加-c参数，节点之间就可以互相跳转
127.0.0.1:6001> cluster slots			
#查看节点的哈希槽编号范围

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127.0.0.1:6001> set name byyb127.0.0.1:6001> cluster keyslot name
#查看name键的槽编号redis-cli -p 6004 -c
127.0.0.1:6004> keys *						#对应的slave节点也有这条数据，但是别的节点没有

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#连接到6001节点并获取集群中的节点信息
redis-cli -p 6001 -c cluster nodes

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