前言

主從復制：

• 主從復制是高可用 Redis 的基礎，哨兵和集群都是在主從復制基礎上實作高可用的
• 主從復制主要實作了資料的多機備份，以及對于讀操作的負載均衡和簡單的故障恢復
• 缺陷是故障恢復無法自動化，寫操作無法負載均衡，且存盤能力受到單機的限制

哨兵：

• 在主從復制的基礎上，哨兵實作了自動化的故障恢復
• 缺陷是寫操作無法負載均衡，存盤能力受到單機的限制
• 且哨兵無法對從節點進行自動故障轉移，在讀寫分離場景下，從節點故障會導致讀服務不可用，需要對從節點欄位外的監控、切換操作

集群：

• 通過集群，Redis 解決了寫操作無法負載均衡，以及存盤能力受到單機限制的問題
• 實作了較為完善的高可用方案

一、Redis 主從復制

1.概述

• 主從復制，是指將一臺 Redis 服務器的資料，復制到其他的 Redis 服務器，前者稱為主節點(Master)，后者稱為從節點(Slave)
• 資料的復制是單向的，只能由主節點到從節點
• 默認情況下，每臺 Redis 服務器都是主節點，且一個主節點可以有多個從節點(或沒有從節點)，但一個從節點只能有一個主節點

2.作用

資料冗余：

• 主從復制實作了資料的熱備份
• 是持久化之外的種資料冗余方式

故障恢復：

• 當主節點出現問題時，可以由從節點提供服務，實作快速的故障恢復
• 實際上是一種服務的冗余

負載均衡：

• 在主從復制的基礎上，配合讀寫分離，可以由主節點提供寫服務，由從節點提供讀服務(即寫 Redis 資料時應用連接主節點，實 Redis 資料時應用連接從節點)，分擔服務器負載
• 尤其是在寫少讀多的場景下，通過多個從節點分擔讀負載，可以大大提高 Redis 服務
  器的并發量

高可用基石：

• 除了上述作用以外，主從復制還是哨兵和集群能夠實施的基礎
• 因此說主從復制是 Redis 高可用的基礎

3.流程

1. 若啟動一個 Slave 機器行程，則它會向 Master 機器發送一個"sync command"命令，請求同步連接
2. 無論是第一次連接還是重新連接，Master 機器都會啟動一個后臺行程，將資料快照保存到資料檔案中(執行 RDB 操作)，同時 Master 還會記錄修改資料的所有命令并快取在資料檔案中
3. 后臺行程完成快取操作之后，Master 機器就會向 Slave 機器發送資料檔案，Slave 端機器將資料檔案保存到硬碟上，然后將其加載到記憶體中，接著 Master 機器就會將修改資料的所有操作一并發送給Slave端機器；若 Slave 出現故障導致宕機，則恢復正常后會自動重新連接
4. Master 機器收到 Slave 端機器的連接后，將其完整的資料檔案發送給 Slave 端機器，如果 Mater 同時收到多個 Slave 發來的同步請求，則 Master 會在后臺啟動一個行程以保存資料檔案，然后將其發送給所有的 Slave 端機器，確保所有的 Slave 端機器都正常
   

三、搭建 Redis 主從復制

1.安裝 Redis

• 三臺主機都需安裝 Redis
• 下載軟體包傳送門：redis-5.0.7.tar.gz（提取碼：qwer）

systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0

yum -y install gcc gcc-c++ make

cd /opt
#將軟體包傳至該目錄下
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/

cd redis-5.0.7/
make -j 4 && make PREFIX=/usr/local/redis install

cd /opt/redis-5.0.7/utils/
./install_server.sh
#回車，直到出現以下選項，手動修改為“/usr/local/redis/bin/redis-server”
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server] /usr/local/redis/bin/redis-server

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

netstat -natp | grep "redis"
#當 install_server.sh 腳本運行完畢，Redis 服務就已經啟動，默認偵聽埠為 6379

2.修改 Redis 組態檔

Master：

vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0                        #70行，注釋掉 bind 項，默認監聽所有網卡
daemonize yes                       #137行，開啟守護行程
logfile /var/1og/redis_ 6379.1og    #172行，指定日志檔案目錄
dir /var/lib/redis/6379             #264行，指定作業目錄
appendonly yes                      #700行，開啟 AOF 持久化功能

Slave：

vim /etc/redis/6379. conf
bind 0.0.0.0                        #70行，修改監聽地址為 0.0.0.0
daemonize yes                       #137行，開啟守護行程
logfile /var/log/redis_ 6379. log   #172行，指定日志檔案目錄
dir /var/lib/redis/6379             #264行，指定作業目錄
replicaof 192.168.126.11 6379       #288行，指定要同步的 Master 節點 IP 和埠
appendonly yes                      #700行，開啟 AOF 持久化功能


/etc/init.d/redis_6379 restart
#重啟服務使配置生效

3.驗證主從效果

在 Master 上看日志：

tail -f /var/log/redis_6379.log

在 Master 上驗證從節點：

redis-cli info replication

• 且在此時，只能在 Master

三、Redis 哨兵模式

哨兵的核心功能就是在主從復制的基礎上，哨兵引入了主節點的自動故障轉移

1.原理及作用

哨兵模式的原理：

• 哨兵（Sentinel）是一個分布式系統，用于對主從結構中的每臺服務器進行監控，當出現故障時通過投票機制選擇新的 Master 并將所有 slave 連接到新的 Master
• 整個運行哨兵的集群的數量不得少于 3 個節點

哨兵模式的作用：

• 監控：哨兵會不斷地檢查主節點和從節點是否運作正常
• 自動故障轉移：當主節點不能正常作業時，哨兵會開始自動故障轉移操作，它會將失效主節點的其中一個從節點升級為新的主節點，并讓其他從節點改為復制新的主節點
• 通知（提醒）：哨兵可以將故障轉移的結果發送給客戶端

2.結構組成

哨兵結構由兩部分組成，哨兵節點和資料節點：

• 哨兵節點：哨兵系統由一個或多個哨兵節點組成，哨兵節點是特殊的 redis 節點，不存盤資料
• 資料節點：主節點和從節點都是資料節點
  

3.作業程序

• 哨兵的啟動依賴于主從模式，所以須把主從模式安裝好的情況下再去做哨兵模式，所有節點上都需要部署哨兵模式，哨兵模式會監控所有的 Redis 作業節點是否正常
• 當 Master 出現問題的時候，因為其他節點與主節點失去聯系，因此會投票，投票過半就認為這個 Master 的確出現問題，然后會通知哨兵間會推選出一個哨兵來進行故障轉移作業（由該哨兵來指定哪個 slave 來做新的 master），然后從 Slaves 中選取一個作為新的 Master
• 篩選方式是哨兵互相發送訊息，并且參與投票，票多者當選
  
• 需要特別注意的是，客觀下線是主節點才有的概念，即如果從節點和哨兵節點發生故障，被哨兵主觀下線后，將不會再有后續的客觀下線和故障轉移操作（及哨兵模式只負責 Master 的方面，而不管 Slaves）
  • 當某個哨兵發現主服務器掛掉了，會將 master 中的 SentinelRedistance 中的 master 改為SRI_S_DOWN（主觀下線），并通知其他哨兵，告訴他們發現 master 掛掉了
  • 其他哨兵在接收到該哨兵發送的資訊后，也會嘗試去連接 master，如果超過半數（組態檔中設定的）確認 master 掛掉后，會將 master 中的 SentinelRedistance 中的 master 改為 SRI_O_DOWN（客觀下線）
    

4.搭建 Redis 哨兵模式

4.1 修改 Redis 哨兵模式的組態檔

vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf

protected- mode no                              #17行，關閉保護模式
port 26379                                      #21行，Redis哨兵默認的監聽埠
daemonize yes                                   #26行，指定sentinel為后臺啟動
logfile "/var/log/sentinel.log"                 #36行，指定日志存放路徑
dir "/var/lib/redis/6379"                       #65行，指定資料庫存放路徑

sentinel monitor mymaster 192.168.126.11 6379 2
#84行，修改，指定該哨兵節點監控 192.168.126.11:6379 這個主節點，該主節點的名稱是 mymaster
#最后的 2 的含義與主節點的故障判定有關：至少需要 2 個哨兵節點同意，才能判定主節點故障并進行故障轉移

sentinel down-after -milliseconds mymaster 30000#113行，判定服務器 down 掉的時間周期，默認 30000毫秒 (30秒)
sentinel failover-timeout mymaster 180000       #146行，故障節點的最大超時時間為 180000 (180秒)

4.2 啟動哨兵模式

先啟動 Master，再啟動 Slave

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

4.3 查看哨兵資訊

redis-cli -p 26379 info Sentinel

4.4 模擬故障

ps -ef | grep "redis"
#查看 redis-server 的行程號

kill -9 [行程號]
#殺死 Master 節點上的 redis-server 的行程號

4.5 驗證結果

tail /var/log/sentinel.log

redis-cli -p 26379 info Sentinel

四、Redis 群集模式

1.概述

• 集群，即 Redis Cluster, 是 Redis 3.0 開始引入的分布式存盤方案
• 集群由多個節點（Node）組成，Redis 的資料分布在這些節點中，
• 集群中的節點分為主節點和從節點：只有主節點負責讀寫請求和集群資訊的維護，從節點只進行主節點資料和狀態資訊的復制

2.作用

2.1 資料磁區

• 資料磁區（或稱資料分片）是集群最核心的功能
• 集群將資料分散到多個節點，一方面突破了 Redis 單機記憶體大小的限制，存盤容量大大增加，另一方面每個主節點都可以對外提供讀服務和寫服務，大大提高了集群的回應能力
• Redis 單機記憶體大小受限問題，在介紹持久化和主從復制時都有提及
• 例如，如果單機記憶體太大，bgsave 和 bgrewriteaof 的 fork 操作可能導致主行程阻塞，主從環境下主機切換時可能導致從節點長時間無法提供服務，全量復制階段主節點的復制緩沖區可能溢位

2.2 高可用

• 集群支持主從復制和主節點的自動故障轉移（與哨兵類似），當任意節點發送故障時，集群仍然可以對外提供服務

2.2.1 Redis 集群的資料分片

• Redis 集群引入了哈希槽的概念，有 16384 個哈希槽（編號 0~16383）
• 集群的每個節點負責一部分哈希槽，每個 Key 通過 CRC16 校驗后對 16384 取余來決定放置哪個哈希槽，通過這個值，去找到對應的插槽所對應的節點，然后直接自動跳轉到這個對應的節點上進行存取操作
• 以 3 個節點組成的集群為例：
  • 節點 A 包含 0~5469 號的哈希槽
  • 節點 B 包含 5461~10922 號的哈希槽
  • 節點 C 包含 10923~16383 號的哈希槽

2.2.2 Redis 集群的主從復制模型

• 集群中具有 A、B、C 三個節點，如果節點 B 失敗了，整個集群就會因為缺少 5461~10922 這個范圍的槽而不可用
• 為每個節點添加一個從節點（a、b、c），即整個集群便有了三個 Master 節點和三個 slave 節點，在節點 B 失敗后，集群選舉 b 為主節點繼續服務，當 B 和 b 都失敗后，整個集群將不可用

五、搭建 Redis 群集模式

1.準備

• redis 的集群一般需要 6 個節點（3 主 3 從）
• 方便起見，這里所有節點在同一臺服務器上模擬，以埠號進行區分：3 個主節點埠號為 6001/6002/6003，對應的從節點埠號為 6004/6005/6006

cd /etc/redis/
mkdir -P redis-cluster/redis600{1..6)
#

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

ls -R

2開啟群集功能

#其他五個檔案夾的組態檔以此類推修改，注意六個埠都不一樣

cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001

vim redis. conf
#bind 127.0.0.1                             #69行，注釋掉 bind 項，默認監聽所有網卡
protected-mode no                           #88行，修改，關閉保護模式
port 6001                                   #92行，修改，redis 監聽埠，
daemonize yes                               #136行，開啟守護行程，以獨立行程啟動
appendonly yes                              #699行，修改，開啟 AOF 持久化
cluster-enabled yes                         #832行，取消注釋，開啟群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf         #840行，取消注釋，群集名稱檔案設定
cluster-node-t imeout 15000                 #846行，取消注釋群集超時時間設定

3.啟動 redis 節點

#分別進入那六個檔案夾，執行命令"redis-server redis.conf"來啟動 redis 節點

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 -ef | grep "redis"

4.啟動集群

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

#六個實體分為三組，每組一主一從，前面的做主節點，后面的做從節點
#下面互動的時候需要輸入 yes 才可以創建
#-replicas 1 表示每個主節點有一個從節點

5.測驗集群

redis-cli -p 6001 -c
#加 -c 引數，節點之間就可以互相跳轉

127.0.0.1:6001> CLUSTER SLOTS
#查看節點的哈希槽編號范圍

127.0.0.1:6001> set name wanger
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002
OK
#新建一個鍵的值

127.0.0.1:6002> CLUSTER KEYSLOT name
(integer) 5798
#查看 name 鍵的槽編號

ctrl+c 
#退出

redis-cli -p 6001 -c
127.0.0.1:6001> KEYS *
(empty list or set)
127.0.0.1:6001> 

ctrl+c

redis-cli -p 6005 -c
127.0.0.1:6005> KEYS *
1) "name"

#可以發現，對應的 slave 節點也有這條資料，但是別的節點沒有