nosql之redis集群

文章目录

  • 一.redis集群
    • 1.单节点redis服务器带来的问题
    • 2.集群redis
    • 3.集群的优势
    • 4.redis集群的实现方法
    • 5.redis群集的三种模式
      • 5.1 主从复制
      • 5.2 哨兵
      • 5.3 集群
  • 二.Redis 主从复制
    • 1.主从复制概念
    • 2.主从复制的作用
    • 3.主从复制流程
    • 4.搭建Redis 主从复制
      • 4.1 安装 Redis
      • 4.2 修改 Redis 配置文件(Master节点操作)
      • 4.3 修改 Redis 配置文件(Slave1、2节点操作)
      • 4.4 验证主从
  • 三.Redis 哨兵模式
    • 1.哨兵模式的出现
    • 2.哨兵的核心功能
    • 3.哨兵模式原理
    • 4.哨兵模式的作用
    • 5.哨兵结构
    • 6.故障转移机制
    • 7.主节点的选举
    • 8.搭建Redis 哨兵模式
      • 8.1 修改 Redis 哨兵模式的配置文件(所有节点操作)
      • 8.2 启动哨兵模式
      • 8.3 查看哨兵信息
      • 8.4 故障模拟
  • 四. Redis 群集模式
    • 1.群集模式概念
    • 2.集群的作用
    • 3.Redis集群的数据分片
      • 3.1 以3个节点组成的集群为例
    • 4.Redis集群的主从复制模型
    • 5.搭建Redis 群集模式
      • 5.1 搭建环境
      • 5.2 开启群集功能
      • 5.3 启动redis节点
      • 5.4 启动集群
      • 5.5 测试群集
  • 哨兵模式
    • 1.哨兵对主从复制集群进行监控
    • 2.哨兵与哨兵之间互相进行监控
    • 3.监控的目的
    • 4.故障切换原理
    • 5.两个机制

一.redis集群

1.单节点redis服务器带来的问题

(1)单点故障、服务不可用

(2)无法处理大量的并发数据请求

(3)数据丢失

2.集群redis

(1)提供在多个redis节点间共享数据的程序集

(2)redis集群并不支持处理多个keys命令,因需在不同的节点间移动数据,从而达不到像redis那样的性能,在高负载的情况下,可能会导致不同预判的错误

(3)通过分区来提供一定程度的可用性

3.集群的优势

(1)自动分割数据到不同的节点上

(2)整个集群的部分节点失败或者不可达的情况下能够继续处理命令

4.redis集群的实现方法

(1)有客户端分片

(2)代理分片

(3)服务器端分片

5.redis群集的三种模式

redis群集有三种模式,分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster集群,

5.1 主从复制

(1)概念作用

  • 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。

(2)主从复制的缺陷

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。

5.2 哨兵

(1)作用

在主从复制的基础上,哨兵实现了自动化的故障恢复。

(2)哨兵缺陷

  • 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。

5.3 集群

(1)作用

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

1.主从复制概念

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.主从复制的作用

(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。
(2)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。
(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。

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Master还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。
(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。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DCDx1UJZ-1690703867492)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230726152437057.png)]

4.搭建Redis 主从复制

Master节点: 192.168.198.13
Slave1节点: 192.168.198.14
Slave2节点: 192.168.198.15

systemctl stop firewalld
setenforce 0

4.1 安装 Redis

#安装需要的编译和构建 C/C++ 程序所需的基本工具。
yum install -y gcc gcc-c++ make
#导入安装包解压安装
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
#在线下载redis安装包
wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.9.tar.gz
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
......
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/

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WpijeWY4-1690703867493)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730145054467.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-DBpUfwzN-1690703867494)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730145110042.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ORfh5Cs0-1690703867494)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730145118700.png)]

4.2 修改 Redis 配置文件(Master节点操作)

#实际环境中是这个配置文件名redis.conf
vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0						#70行,修改监听地址为0.0.0.0
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

4.3 修改 Redis 配置文件(Slave1、2节点操作)

vim /etc/redis/6379.conf
bind 0.0.0.0						#70行,修改监听地址为0.0.0.0
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		#288行,指定要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.198.13 6379
appendonly yes						#700行,开启AOF持久化功能
/etc/init.d/redis_6379 restart

4.4 验证主从

#在Master节点上看日志:
tail -f /var/log/redis_6379.log 
Replica 192.168.198.14:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.198.15:6379 asks for synchronization

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-NnHbSvld-1690703867495)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730150147139.png)]

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

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-q7bKTitz-1690703867495)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730150235917.png)]

三.Redis 哨兵模式

1.哨兵模式的出现

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。

2.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。

3.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.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。

5.哨兵结构

由两部分组成,哨兵节点和数据节点:

(1)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。
(2)数据节点:主节点和从节点都是数据节点。

6.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。

注: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。

7.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。

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

8.搭建Redis 哨兵模式

Master节点:192.168.198.13
Slave1节点:192.168.198.14
Slave2节点:192.168.198.15

systemctl stop firewalld
setenforce 0

8.1 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为后台启动
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 192.168.198.13 6379 2	#84行,修改 指定该哨兵节点监控192.168.198.13:6379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 30000	#113行,判定服务器down掉的时间周期,默认30000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)

8.2 启动哨兵模式

先启master,再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

8.3 查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-hTefV7r3-1690703867495)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730151456396.png)]

8.4 故障模拟

#查看redis-server进程号ps -ef | grep redis
root      54304      1  0 14:53 ?        00:00:01 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root      54482      1  0 15:11 ?        00:00:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root      54505  49748  0 15:12 pts/1    00:00:00 grep --color=auto redis
#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 57031			#Master节点上redis-server的进程号

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-q21YX4bp-1690703867496)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730151653782.png)]

#验证结果
tail -f /var/log/sentinel.log
54482:X 30 Jul 2023 15:16:43.751 # +promoted-slave slave 192.168.198.14:6379 192.168.198.14 6379 @ mymaster 192.168.198.13 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:43.751 # +failover-state-reconf-slaves master mymaster 192.168.198.13 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:43.815 * +slave-reconf-sent slave 192.168.198.15:6379 192.168.198.15 6379 @ mymaster 192.168.198.13 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:44.523 # -odown master mymaster 192.168.198.13 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:44.767 * +slave-reconf-inprog slave 192.168.198.15:6379 192.168.198.15 6379 @ mymaster 192.168.198.13 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:44.767 * +slave-reconf-done slave 192.168.198.15:6379 192.168.198.15 6379 @ mymaster 192.168.198.13 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:44.868 # +failover-end master mymaster 192.168.198.13 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:44.868 # +switch-master mymaster 192.168.198.13 6379 192.168.198.14 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:44.869 * +slave slave 192.168.198.15:6379 192.168.198.15 6379 @ mymaster 192.168.198.14 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:16:44.869 * +slave slave 192.168.198.13:6379 192.168.198.13 6379 @ mymaster 192.168.198.14 6379
54482:X 30 Jul 2023 15:17:14.929 # +sdown slave 192.168.198.13:6379 192.168.198.13 6379 @ mymaster 192.168.198.14 6379
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=192.168.198.14:6379,slaves=2,sentinels=3

四. Redis 群集模式

1.群集模式概念

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。

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。

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

3.1 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

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。

5.搭建Redis 群集模式

5.1 搭建环境

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}
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

5.2 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
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
appendonly yes							#699行,修改,开启AOF持久化

5.3 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 /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done
ps -ef | grep redis

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-GCd3UrrD-1690703867496)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730153721166.png)]

5.4 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。
--replicas 1 表示每个主节点有1个从节点。

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-iL8tZipY-1690703867496)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730153843478.png)]

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-daH28DCF-1690703867496)(C:\Users\zhao\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20230730153952012.png)]

5.5 测试群集

#查看群集
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
1) 1) (integer) 109232) (integer) 16383                              #哈希槽编号范围3) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 6003                            #主节点IP和端口号3) "f516734dc80098e6f7fcdc0dc4c180e881e18b57"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 6005                            #从节点IP和端口号3) "d8f64cf51e2f922866de49f3d5d8e732ba5df6f3"
2) 1) (integer) 02) (integer) 54603) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60013) "76e9f1954003563f2b2c53fa16ddd4c1f353704c"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60063) "fbf75bf25f307de353aa661d7075b76adb798a70"
3) 1) (integer) 54612) (integer) 109223) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60023) "60ffb411297c72a8b31d09b02dadb63f1b72dd90"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60043) "014ae72a43bde5cb012763e02430e4e4c328f942"  
#登入测试
127.0.0.1:6001> set name zhangsan
OK
#查看name键的槽编号
127.0.0.1:6001> cluster keyslot name
(integer) 5798
[root@master redis6006]# 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
1) "name"

哨兵模式

1.哨兵对主从复制集群进行监控

监控的对象:所有redis数据库节点

2.哨兵与哨兵之间互相进行监控

监控的对象:哨兵彼此

3.监控的目的

(1)哨兵和哨兵之间的监控目的:检测彼此的存活状态
(2)哨兵监控所有redis数据库的目的:为了实现自动故障切换

4.故障切换原理

(1)当master挂掉,哨兵会及时发现,发现之后进行投票,进行后选举出一个新的master服务器(得是基数,3台以上)
(2)完成slave——master的从向主切换
(3)完成其他从服务器对新的master的配置

5.两个机制

(1)投票机制
(2)raft算法

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