Redis群集三种模式介绍和创建

1. Redis三种模式概述

​     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

```
1、搭建Redis 主从复制 
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Master节点： 10.0.0.250
Slave1节点： 10.0.0.251
Slave2节点：10.0.0.249

systemctl stop firewalld
setenforce 0

2、安装 Redis
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1.安装环境
yum install -y gcc gcc-c++ make
2.解压
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
3.编译安装redis
cd /opt/redis-5.0.7/
make PREFIX=/usr/local/redis install

cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh  这里一直回车
如果安装不成功，在这行加上/usr/local/bin/redis-server路径
Please select the redis executable path [/usr/local/bin/redis-server]

创建软连接，系统识别命令
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

3、修改 Redis 配置文件（Master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
appendonly yes                                #700行，开启AOF持久化功能

重启redis
/etc/init.d/redis_6379 restart

4、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 10.0.0.250 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

5、验证主从效果
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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

加个测试

在主添加一个数据

在从分别验证

3. Redis 哨兵模式

 3.1 Redis 哨兵概述

​       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。

 3.2 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。

 3.3 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：节点，不存储数据。

- 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
- 数据节点：主节点和从节点都是数据节点。


3.4 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。

 3.5 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

3.6 搭建Redis 哨兵模式

1、搭建Redis 哨兵模式 

Master节点：10.0.0.250
Slave1节点：10.0.0.251
Slave2节点：10.0.0.249

systemctl stop firewalld
setenforce 0
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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 10.0.0.250 6379 2      #84行，修改 指定该哨兵节点监10.0.0.250:6379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）
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3、启动哨兵模式

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

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3、查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

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4、故障模拟
#查看redis-server进程号：
ps -ef | grep redis

#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 9655           

#验证结果
tail -f /var/log/sentinel.log

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##查看master是否被切换

redis-cli -h 10.0.0.251 info replication | grep role      #查询当前主节点​

redis-cli -h 10.0.0.249 info replication | grep -E "role|master_host"      #检查从节点同步状态

显示已经切换成功，然后恢复原主节点
redis-cli -h 10.0.0.250 info replication                                                #​​检查原主节点状态​

显示主是10.0.0.251，自己则是从服务器

4. Redis 群集模式 

 4.1  Redis 群集概述

 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。

 4.2 集群的作用

集群的作用，可以归纳为两点：
（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。

4.3 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

#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。

 4.4  搭建Redis 群集

1、搭建Redis 群集模式

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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}                              #创建redis6001到redis6006的文件夹

#循环复制redis.conf和redis-server到redis6001到redis6006的文件夹里

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
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

完成6001后可依次完成6002到6006的修改

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                    查看集群进程

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

这里已经成功了，然后就是测试

#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 cluster nodes                                      #检查集群节点信息​

redis-cli -p 6001 cluster slots                                       #检查槽位分配​

3 个主节点的槽位范围（0-5460、5461-10922、10923-16383）。

测试 2：数据读写测试​

创建数据

redis-cli -p 6001 -c set user:1 "Alice"

redis-cli -p 6001 -c set user:2 "Bob"

redis-cli -p 6001 -c set user:3 "Charlie"

读取数据 （主服务器测试）

redis-cli -p 6002 -c get user:1                显示Alice

redis-cli -p 6003 -c get user:2

redis-cli -p 6001 -c get user:3

从服务器测试

redis-cli -p 6006 -c get user:3

redis-cli -p 6004 -c get user:1

redis-cli -p 6005 -c get user:2