Redis主从复制、哨兵、集群

主从复制：

• 主从复制是高可用的Redis基础，哨兵和集群都是在主从复试基础上实现高可用的。
• 主从复制主要实现了数据的多级备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。
• 一台master主机可以拥有多台slave从机。而一台slave从机又可以拥有多个slave从机。如此下去，形成强大的多级服务器集群架构（高扩展）。可以避免Redis单点故障，实现容灾恢复效果（高可用）。读写分离的架构，满足读多写少的并发应用场景
• 缺陷：故障恢复无法自动化，写操作无法负载均衡，存储能力收到单机的限制。

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，存储能力收到单机的限制，哨兵无法对从节点进行故障转移，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，以及存储能力收到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案。

一.Redis主从复制

• 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.主从复制的作用

作用	解释
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.主从复制特点

• 1.master可以拥有多个slave
• 2.多个slave可以连接同一个master外，还可以连接到其他slave
• 3.主从复制不会阻塞master，在同步数据时，master可以继续处理client请求
• 4.提高系统的伸缩性
• 5.可以在master禁用数据持久化，注释掉master配置文件中的所有save配置，只需在slave上配置数据持久化

3.主从复制流程

• 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Masterf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，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f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laster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主从复制搭建实验

1.实验准备：

主机	IP地址	软件
Master节点	192.168.23.128	Redis
Slave1节点	192.168.23.129	Redis
Slave2节点	192.168.23.130	Redis

2.修改Redis配置文件（Master节点）

vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0                      #70行修改监听地址为0.0.0.0，监听所有
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    #重启服务

3.修改Redis配置文件（Slave节点）

vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0                      #70行，修改监听地址为0.0.0.0，监听所有
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
replicaof 192.168.23.128 6379     #288行，指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes                    #701行，开启AOF持久化功能

/etc/init.d/redis_6379 restart    #重启服务

4.验证主从效果

• 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 info replication

#Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.23.129,port=6379,state=online,offset=1986,lag=1
slave1:ip=192.168.23.130,port=6379,state=online,offset=1986,lag=1

• 在主Master上创建一个键验证
  
• 在Slave上查询，只可以查询，不可创建

二.Redis哨兵模式

1.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.哨兵模式的原理

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数量不得少于三个节点。

3.哨兵模式的作用

作用	解释
监控	哨兵会不断地检查主节点和从节点是否正常运作
自动故障转移	当主节点不能正常工作，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

4.哨兵的组成节点

节点	解释
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

5.哨兵的启动

• 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。
• 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。

6.Redis哨兵模式搭建实验

1.实验准备：

主机	IP地址	软件
Master节点	192.168.23.128	Redis
Slave1节点	192.168.23.129	Redis
Slave2节点	192.168.23.130	Redis

2.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
protected-mode no                                     #17行,关闭保护模式
port 26379                                            #21行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes                                         #26行，指定sentinel为后合启动
logfile "/var/ log/ sentinel. log"                    #36行,指定日志存放路径
dir "/var/ lib/redis/6379"                            #65行，指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.23.128 6379 2       #84行，修改指定该哨兵节点监控192.168.23.128 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 down-after-milliseconds mymaster 3000        #113行，判定服务器down掉的时间周期，默认3000毫秒（30秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000             #146行，故障节点的最大超时时间为180000 (180秒)

3.启动哨兵模式

先启动Master，再启动Slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &    #"&"表示后台运行

4.查看哨兵信息

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=192.168.23.128:6379,slaves=2,sentinels=3

5.故障模拟

• 查看redis-server进程号

ps -elf | grep redis

5 S root       8458      1  0  80   0 - 39869 ep_pol 15:46 ?        00:00:29 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
5 S root       9933      1  0  80   0 - 38461 ep_pol 17:33 ?        00:00:18 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
0 S root      10519   9726  0  80   0 - 28169 pipe_w 18:21 pts/3    00:00:00 grep --color=auto redis

• 杀死Master节点上redis-server进程号

kill -9 8458             #Mster节点上redis-server进程号
ps -elf | grep redis     #再次查看进程

• 验证结果

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

9933:X 25 Feb 2021 18:29:32.895 * +failover-state-send-slaveof-noone slave 192.168.23.130:6379 192.168.23.130 6379 @ mymaster 192.168.23.129 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:29:32.954 * +failover-state-wait-promotion slave 192.168.23.130:6379 192.168.23.130 6379 @ mymaster 192.168.23.129 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:29:33.694 # +promoted-slave slave 192.168.23.130:6379 192.168.23.130 6379 @ mymaster 192.168.23.129 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:29:33.694 # +failover-state-reconf-slaves master mymaster 192.168.23.129 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:29:33.774 # +failover-end master mymaster 192.168.23.129 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:29:33.774 # +switch-master mymaster 192.168.23.129 6379 192.168.23.130 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:29:33.775 * +slave slave 192.168.23.128:6379 192.168.23.128 6379 @ mymaster 192.168.23.130 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:29:33.775 * +slave slave 192.168.23.129:6379 192.168.23.129 6379 @ mymaster 192.168.23.130 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:30:03.839 # +sdown slave 192.168.23.129:6379 192.168.23.129 6379 @ mymaster 192.168.23.130 6379
9933:X 25 Feb 2021 18:30:03.840 # +sdown slave 192.168.23.128:6379 192.168.23.128 6379 @ mymaster 192.168.23.130 6379

• 在selve上再次查看哨兵信息

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=192.168.23.130:6379,slaves=2,sentinels=3

三.Redis群集模式

• 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准护;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

作用	解释
数据分区	又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。
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.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l哈希槽(编号0-163833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。

3.以三个节点组成的集群为列

节点	哈希槽值
节点A	包含0-5460号哈希槽
节点B	包含5461-10922号哈希槽
节点C	包含10923到16383号哈希槽

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Naster节点和三个slave节点组成，在节点B失败后，集群选举:1位为的主节点继续服务。当B和B1都失败后,集群将不可用。

5.Redis集群模式搭建实验

• 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。

1.创建

cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}   #递归创建工作目录
ls -r      #查看递归目录是否创建成功
cd /opt/redis-5.0.7/src/

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

2.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
#bind 127.0.0. 1                       #69行，注释掉bind项，默认监听所有网卡
protected-mode no                      #88行,修改,关闭保护模式
port 6001                              #92行,修改，redis监听端口，
daemonize yes                          #136行,开启守护进程,以独立进程启动
appendonly yes                         #699行,修改,开启AoF持久化
cluster-enabled yes                    #832行,取消注释,开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf    #840行,取消注释,群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000             #846行,取消注释群集超时时间设置

#因为还有5个配置文件需要改很麻烦，可以把更改好的这个复制给其余5个这样就只需要改92行监听端口和840行文件名称就可以了不需要全部重新改一次了
for i in {2..6}
> do
> /usr/bin/cp -f redis.conf ../redis600$i/redis.conf
> done

3.启动Redis节点

分别进入之前创建的6个文件夹，启动Redis节点
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
for i in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
redis-server redis.conf
done
ps -elf | grep redis             #查看Redis进程

4.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

5.测试群集

redis-cli -p 6001 -c            #-c参数表示节点之间可以互相跳转
127.0.0.1:6001> cluster slots   #查看节点的哈希槽范围
1. 1) (integer) 10923
   2) (integer) 16383           #哈希槽编号范围
   3) 1) "127.0.0.1"            #主节点ip
      2) (integer) 6003         #主节点端口
      3) "ac76c0f001e19c826343ac41ce9058541da37fca"
   4) 1) "127.0.0.1"            #主节点IP
      2) (integer) 6004         #主节点端口
      3) "b7c422177980998c21ec416287b6ec8873bdfb97"
2. 1) (integer) 5461
   2) (integer) 10922
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6002
      3) "7687a2c7e2b40071981b2a6b2d6a29c0d8207c16"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6006
      3) "d7b58172c18df14c8338c9a2ae6671596972ca36"
3. 1) (integer) 0
   2) (integer) 5460
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6001
      3) "9892237a65dccdb81d64c01d2003cef5fc694fc6"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6005
      3) "b20f379155c32df5b1698e888aa3b403178d50dd"

127.0.0.1:6001> set ll 123              #在6001创建一个键
-> Redirected to slot [9069] located at 127.0.0.1:6002
OK
127.0.0.1:6002> CLUSTER KEYSLOT ll      #查看ll键的槽位号
(integer) 9069

redis-cli -p 6006 -c
127.0.0.1:6006> KEYS *                  #对应的从服务器节点也有这个键，别的节点没有
1) "ll"