1、redis群集三种模式

2、Redis 主从复制

2.1 主从复制的作用

2.2 主从复制流程

2.3 搭建Redis 主从复制

3、Redis 哨兵模式

3.1 哨兵模式的作用

3.2 故障转移机制

3.3 主节点的选举

4、Redis 群集模式

4.1 集群的作用

4.2 Redis集群的数据分片

4.3 搭建Redis 群集模式

1、redis群集三种模式

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster，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

●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。

●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。

●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、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。

2.1 主从复制的作用

●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。

2.2 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。

2.3 搭建Redis 主从复制

Master节点： 192.168.10.23
Slave1节点： 192.168.10.14
Slave2节点： 192.168.10.15

systemctl stop firewalld
setenforce 0

-----安装 Redis-----
yum install -y gcc gcc-c++ make

tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/

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/

-----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

/etc/init.d/redis_6379 restart

-----修改 Redis 配置文件（Slave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
replicaof 192.168.10.23 6379 #288行，指定要同步的Master节点IP和端口
appendonly yes                       #700行，开启AOF持久化功能

/etc/init.d/redis_6379 restart

-----验证主从效果-----
在Master节点上看日志：
tail -f /var/log/redis_6379.log
Replica 192.168.10.14:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.10.15:6379 asks for synchronization

在Master节点上验证从节点：
redis-cli info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=192.168.10.14,port=6379,state=online,offset=1246,lag=0
slave1:ip=192.168.10.15,port=6379,state=online,offset=1246,lag=1

3、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。

#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。

3.1 哨兵模式的作用

●监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。

●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。

●通知（提醒）：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

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。

3.2 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。

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。

3.3 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

3.4 搭建Redis 哨兵模式

Master节点：192.168.10.23
Slave1节点：192.168.10.14
Slave2节点：192.168.10.15

systemctl stop firewalld
setenforce 0

-----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 192.168.10.23 6379 2   #84行，修改指定该哨兵节点监控192.168.10.23:6379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）

-----启动哨兵模式-----
先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &

-----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=192.168.20.23:6379,slaves=2,sentinels=3

-----故障模拟-----
#查看redis-server进程号：
ps -ef | grep redis
root 57031 1 0 15:20 ? 00:00:07 /usr/local/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root 57742 1 1 16:05 ? 00:00:07 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root 57883 57462 0 16:17 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

#验证结果
tail -f /var/log/sentinel.log
79805:X 07 Sep 2023 17:08:37.177 * Increased maximum number of open files to 10032 (it was originally set to 1024).
79805:X 07 Sep 2023 17:08:37.178 * Running mode=sentinel, port=26379.
79805:X 07 Sep 2023 17:08:37.178 # WARNING: The TCP backlog setting of 511 cannot be enforced because /proc/sys/net/core/somaxconn is set to the lower value of 128.
79805:X 07 Sep 2023 17:08:37.180 # Sentinel ID is 4ce73c3499388c1028b71c23c356b1e2f906f13e
79805:X 07 Sep 2023 17:08:37.180 # +monitor master mymaster 192.168.10.23 6379 quorum 2
79805:X 07 Sep 2023 17:08:37.181 * +slave slave 192.168.10.15:6379 192.168.10.15 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:08:37.182 * +slave slave 192.168.10.14:6379 192.168.10.14 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:09:15.690 * +sentinel sentinel 946a5648761c8ad6272396e92529b34eff02c45b 192.168.10.14 26379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:09:49.976 * +sentinel sentinel 3337d6842f02d53b41be547bea728133cab34449 192.168.10.15 26379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.557 # +sdown master mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.610 # +odown master mymaster 192.168.10.23 6379 #quorum 3/2
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.610 # +new-epoch 1
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.610 # +try-failover master mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.611 # +vote-for-leader 4ce73c3499388c1028b71c23c356b1e2f906f13e 1
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.613 # 3337d6842f02d53b41be547bea728133cab34449 voted for 4ce73c3499388c1028b71c23c356b1e2f906f13e 1
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.613 # 946a5648761c8ad6272396e92529b34eff02c45b voted for 4ce73c3499388c1028b71c23c356b1e2f906f13e 1
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.669 # +elected-leader master mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.670 # +failover-state-select-slave master mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.773 # +selected-slave slave 192.168.10.14:6379 192.168.10.14 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.773 * +failover-state-send-slaveof-noone slave 192.168.10.14:6379 192.168.10.14 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:43.857 * +failover-state-wait-promotion slave 192.168.10.14:6379 192.168.10.14 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:44.719 # +promoted-slave slave 192.168.10.14:6379 192.168.10.14 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:44.719 # +failover-state-reconf-slaves master mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:44.808 * +slave-reconf-sent slave 192.168.10.15:6379 192.168.10.15 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:45.736 * +slave-reconf-inprog slave 192.168.10.15:6379 192.168.10.15 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:45.736 * +slave-reconf-done slave 192.168.10.15:6379 192.168.10.15 6379 @ mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:45.814 # -odown master mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:45.814 # +failover-end master mymaster 192.168.10.23 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:45.814 # +switch-master mymaster 192.168.10.23 6379 192.168.10.14 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:45.815 * +slave slave 192.168.10.15:6379 192.168.10.15 6379 @ mymaster 192.168.10.14 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:14:45.815 * +slave slave 192.168.10.23:6379 192.168.10.23 6379 @ mymaster 192.168.10.14 6379
79805:X 07 Sep 2023 17:15:15.860 # +sdown slave 192.168.10.23:6379 192.168.10.23 6379 @ mymaster 192.168.10.14 6379

2.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=192.168.10.14:6379,slaves=2,sentinels=3

4、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维护；从节点只进行主节点数据和状态信息的复制。

4.1 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。

4.2 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

#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。

4.3 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 /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

#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

#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

#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。

#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) 5461
2) (integer) 10922                                   #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) "fdca661922216dd69a63a7c9d3c4540cd6baef44"
4) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6004                                   #从节点IP和端口号
3) "a2c0c32aff0f38980accd2b63d6d952812e44740"
2) 1) (integer) 0
2) (integer) 5460
3) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6001
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