NoSQL-Redis集群
- 一、集群:
- 1.单点Redis带来的问题:
- 2.解决:
- 3.集群的介绍:
- 4.集群的优势:
- 5.集群的实现方式:
- 二、集群的模式:
- 1.类型:
- 2.主从复制:
- 三、搭建主从复制:
- 1.安装前准备:
- 2.修改redis配置文件:
- 3.验证:
- 四、Redis哨兵模式:
- 1.主从切换技术的方法:
- 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:
- 五、搭建Redis 哨兵模式:
- 1.安装前准备:
- 2.修改配置文件:
- 3.启动哨兵模式:
- 4.查看哨兵信息:
- 5.故障模拟:
- 六、Redis 群集模式:
- 1.集群:
- 2.集群的作用:
- 3.集群的数据分片:
- 七、搭建Redis 群集模式:
- 1.编写shell脚本准备配置文件:
- 2.开启群集功能:
- 3.启动redis节点:
- 4.启动集群:
- 5.测试群集:
一、集群:
1.单点Redis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请求
(3)数据丢失—大灾难
2.解决:
搭建redis集群
3.集群的介绍:
(1)是一个通过在多个redis间节点间共享数据的程序集。
(2)并不支持处理多个keys的命令。
(3)通过分区提供一定程度的可用性,在实际环境中某个节点宕机时或不可达时继续处理。
4.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不可达都能
5.集群的实现方式:
(1)客户端分片
(2)代理分片
(3)服务端分片
二、集群的模式:
1.类型:
redis群集有三种模式,分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster,下面会讲解一下三种模式的工作方式,以及如何搭建cluster群集
(1)主从复制: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。
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。
(2)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。
(3)集群:通过集群,Redis解决了写操作无法负载均衡,以及存储能力受到单机限制的问题,实现了较为完善的高可用方案。
2.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)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。
(2)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。
三、搭建主从复制:
1.安装前准备:
master:192.168.174.12slave1:192.1:68.174.15slave2:192.168.174.17
(1)三台服务器关闭防火墙,安全机制:
systemctl stop firewalld.service
setenforce 0
(2)三台服务器安装redis:
yum install -y gcc gcc-c++ maketar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/ #方法一上传软件包后解压安装
或
(wget -p /opt http://download.redis.io/releases/redis-5.0.9.tar.gz) #方法二在线获取安装包
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis installcd /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/
2.修改redis配置文件:
(1)修改master上的配置文件:
-----修改 Redis 配置文件(Master节点操作)-----
vim /etc/redis/6379.conf redis.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
(2)修改slave节点上的配置文件:
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 192.168.174.12 6379
appendonly yes #700行,开启AOF持久化功能
3.验证:
(1)在master上查看日志:
tail -f /var/log/redis_6379.log
46333:M 29 Jul 2023 15:54:47.797 * Background saving terminated with success
46333:M 29 Jul 2023 15:54:47.797 * Synchronization with replica 192.168.174.15:6379 succeeded
46333:M 29 Jul 2023 15:54:47.830 * Replica 192.168.174.17:6379 asks for synchronization
(2)在master上验证从服务器:
redis-cli info replication
四、Redis哨兵模式:
1.主从切换技术的方法:
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:
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:
(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:
① 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;
② 若原主节点恢复也变成从节点,并指向新的主节点;
③ 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。
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。
五、搭建Redis 哨兵模式:
master:192.168.174.12slave1:192.1:68.174.15slave2:192.168.174.17
1.安装前准备:
systemctl stop firewalld
setenforce 0
2.修改配置文件:
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 192.168.174.12 6379 2 #84行,修改 指定该哨兵节点监控192.168.174.12:6379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)
3.启动哨兵模式:
- 先启动master,再开启slave:
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &
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=192.168.174.12:6379,slaves=2,sentinels=3
[1]+ 完成 redis-sentinel sentinel.conf
5.故障模拟:
(1)查看redis-server进程号:
ps -ef | grep redis
root 46333 1 0 15:54 ? 00:00:02 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root 46877 1 0 16:17 ? 00:00:00 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root 46914 41527 0 16:20 pts/2 00:00:00 grep --color=auto redis
(2)杀死 Master 节点上redis-server的进程号:
kill -9 46333
(3)验证结果:
tail -f /var/log/sentinel.log
46876:X 29 Jul 2023 16:17:28.227 # Configuration loaded
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.231 * Increased maximum number of open files to 10032 (it was originally set to 1024).
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.232 * Running mode=sentinel, port=26379.
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.232 # WARNING: The TCP backlog setting of 511 cannot be enforced because /proc/sys/net/core/somaxconn is set to the lower value of 128.
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.233 # Sentinel ID is 9bdbb87c5517104d931cce174a2286c28dbd9368
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.233 # +monitor master mymaster 192.168.174.12 6379 quorum 2
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.235 * +slave slave 192.168.174.15:6379 192.168.174.15 6379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:17:28.235 * +slave slave 192.168.174.17:6379 192.168.174.17 6379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:17:55.158 * +sentinel sentinel e1a6f0edac9fe4f5bab5dc9435b3d8fe3c3da6d9 192.168.174.15 26379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:18:26.746 * +sentinel sentinel b0f98619ca4560a6b380ea09180892c37ab5ebd0 192.168.174.17 26379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.629 # +new-epoch 1
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.630 # +vote-for-leader e1a6f0edac9fe4f5bab5dc9435b3d8fe3c3da6d9 1
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.630 # +sdown master mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.698 # +odown master mymaster 192.168.174.12 6379 #quorum 3/2
46877:X 29 Jul 2023 16:22:55.698 # Next failover delay: I will not start a failover before Sat Jul 29 16:28:55 2023
46877:X 29 Jul 2023 16:22:56.174 # +config-update-from sentinel e1a6f0edac9fe4f5bab5dc9435b3d8fe3c3da6d9 192.168.174.15 26379 @ mymaster 192.168.174.12 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:56.175 # +switch-master mymaster 192.168.174.12 6379 192.168.174.17 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:56.175 * +slave slave 192.168.174.15:6379 192.168.174.15 6379 @ mymaster 192.168.174.17 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:22:56.175 * +slave slave 192.168.174.12:6379 192.168.174.12 6379 @ mymaster 192.168.174.17 6379
46877:X 29 Jul 2023 16:23:26.185 # +sdown slave 192.168.174.12:6379 192.168.174.12 6379 @ mymaster 192.168.174.17 6379
(4)查看:
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=192.168.174.17:6379,slaves=2,sentinels=3
六、Redis 群集模式:
1.集群:
(1)即Redis Cluster,是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。
(2)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.集群的数据分片:
(1)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。
(2)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
-
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 -
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。
七、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。
1.编写shell脚本准备配置文件:
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
vim test.sh
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
bash test.sh
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 #700行,修改,开启AOF持久化
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(两种方法)
- 方法一:
cd /etc/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
- 方法二:
vim test1.sh
for d in {1..6}
do
cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
redis-server redis.conf
done
bash test1.sh
ps -ef | grep redis
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。
5.测试群集:
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) 60033) "ac1f9cbf20f56376e339bb2c7068df3baf62b85f"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60053) "86e588aa024c1e55542da1b56ce1e06b9ba7107b"
2) 1) (integer) 54612) (integer) 109223) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60023) "8cb343d916930cc236c7360e1a2d7c1f7006ca22"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60043) "5263302517ce6c3fe8e0bd497cc427e69458bc5c"
3) 1) (integer) 02) (integer) 54603) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60013) "ee4b71f23836d9fd5d14a5856265a86c79d28440"4) 1) "127.0.0.1"2) (integer) 60063) "58ee04b6e8061616957bff4d2c7ae418035f0f2d"
set name billkin
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002
OK
127.0.0.1:6002> cluster keyslot name
(integer) 5798
127.0.0.1:6002> quit
[root@master redis6006]# redis-cli -p 6004 -c
127.0.0.1:6004> keys *
1) "name"
127.0.0.1:6004> get name #查看成功
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6002
"billkin"