Beispielanalyse von Master-Slave-Replikation, Sentry und Clustering in Redis

1. Redis-Master-Slave-Replikation

1. Überblick über die Master-Slave-Replikation

Bei der Master-Slave-Replikation werden Daten von einem Redis-Server auf andere Redis-Server kopiert. Ersterer wird als Master-Knoten (Master) und letzterer als Slave-Knoten (Slave) bezeichnet. Die Datenreplikation erfolgt in eine Richtung und kann nur vom Master-Knoten zum Slave-Knoten erfolgen.

Standardmäßig ist jeder Redis-Server ein Master-Knoten. Ein Master-Knoten kann mehrere Slave-Knoten haben, ein Slave-Knoten kann jedoch nur einen Master-Knoten haben. [Verwandte Empfehlung: Redis-Video-Tutorial]

2. Die Rolle der Master-Slave-Replikation

● 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；有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: Zusätzlich zu den oben genannten Funktionen ist die Master-Slave-Replikation auch die Grundlage für die Implementierung von Sentinels und Clustern Die Master-Slave-Replikation ist die Grundlage für die Hochverfügbarkeit von Redis.

3. Master-Slave-Replikationsprozess

(1) Wenn ein Slave-Maschinenprozess gestartet wird, sendet er einen „Synchronisierungsbefehl“-Befehl an die Master-Maschine, um eine synchrone Verbindung anzufordern.
(2) Unabhängig davon, ob es sich um die erste Verbindung oder die erneute Verbindung handelt, startet der Master einen Hintergrundprozess und speichert den Daten-Snapshot in der Datendatei (führt einen RDB-Vorgang aus). Gleichzeitig zeichnet der Master auch alle Befehle auf, die geändert werden die Daten und speichern sie in der Datendatei in der Datei.
(3) Nachdem der Hintergrundprozess den Caching-Vorgang abgeschlossen hat, sendet der Master-Computer die Datendatei an den Slave-Computer. Der Slave-Computer speichert die Datendatei auf der Festplatte und lädt sie dann in den Speicher ändert die Daten. Alle Vorgänge werden zusammen an die Slave-Maschine gesendet. Wenn der Slave ausfällt und eine Ausfallzeit verursacht, wird die Verbindung automatisch wiederhergestellt, sobald der Normalzustand wiederhergestellt ist.
(4) Nachdem die Master-Maschine die Verbindung von der Slave-Maschine erhalten hat, sendet sie ihre vollständige Datendatei an die Slave-Maschine. Wenn der Master mehrere Synchronisierungsanfragen gleichzeitig von der Slave-Maschine erhält, startet der Master einen Prozess in der Speichern Sie im Hintergrund die Datendatei und senden Sie sie dann an alle Slave-Maschinen, um sicherzustellen, dass alle Slave-Maschinen normal sind. 4. Redis-Master-Slave-Replikation erstellen

Meister

192.168.122.10

Slave1-Knoten

Slave1192.168.122.11192.168.122.12

Slave2-Knoten

Slave2

4.2 Firewall-Umgebung jedes Servers

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0

4.3 Installieren Sie Redis auf jedem Server

redis Installationsdetails Siehe vorherige Blogs:
NoSQL redis detaillierte Erklärung

传入安装包到/opt目录
yum install -y gcc gcc-c++ make
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
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 []
#输入/uar/local/redis/bin/redis-server
ln -s /usr/local/redis/bin/* /usr/local/bin/

4.4 Redis-Konfigurationsdatei ändern (Master-Knoten-Betrieb)

Master : 192.168.122.10

[root@master ~]# vim /etc/redis/6379.conf
 
##70行，修改监听地址为0.0.0.0，表示监听任何地址
bind 0.0.0.0
##137行，开启守护进程
daemonize yes
##172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
##264行，指定工作日志
dir /var/lib/redis/6379
##700行，开启AOF持久化功能
appendonly yes

4.5 Redis-Konfigurationsdatei ändern (Slave-Knoten-Betrieb)

Slave1: 192.168.122.11#🎜 🎜#

[root@slave1 utils]# vim /etc/redis/6379.conf 
 
##70行，修改监听地址为0.0.0.0，表示监听任何地址
bind 0.0.0.0
##137行，开启守护进程
daemonize yes
##172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
##264行，指定工作日志
dir /var/lib/redis/6379
##288行，添加要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.122.10 6379
##700行，开启AOF持久化功能
appendonly yes
 
[root@slave1 utils]# /etc/init.d/redis_6379 restart
Stopping ...
Redis stopped
Starting Redis server...

# ?? Sehen Sie sich das Protokoll an auf dem Master-Knoten

[root@slave2 utils]# vim /etc/redis/6379.conf 
 
##70行，修改监听地址为0.0.0.0，表示监听任何地址
bind 0.0.0.0
##137行，开启守护进程
daemonize yes
##172行，指定日志文件目录
logfile /var/log/redis_6379.log
##264行，指定工作日志
dir /var/lib/redis/6379
##288行，添加要同步的Master节点IP和端口
replicaof 192.168.122.10 6379
##700行，开启AOF持久化功能
appendonly yes
 
[root@slave2 utils]# /etc/init.d/redis_6379 restart
Stopping ...
Redis stopped
Starting Redis server...

4.6.2 Überprüfen Sie den Slave-Knoten auf dem Master-Knoten

[root@master ~]# tail -f /var/log/redis_6379.log 
1002:M 23 Sep 2021 16:46:33.569 * Background saving terminated with success
1002:M 23 Sep 2021 16:46:33.569 * Synchronization with replica 192.168.122.11:6379 succeeded
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.519 * Replica 192.168.122.12:6379 asks for synchronization
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.519 * Full resync requested by replica 192.168.122.12:6379
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.519 * Starting BGSAVE for SYNC with target: disk
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.519 * Background saving started by pid 7941
7941:C 23 Sep 2021 16:46:34.521 * DB saved on disk
7941:C 23 Sep 2021 16:46:34.521 * RDB: 0 MB of memory used by copy-on-write
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.591 * Background saving terminated with success
1002:M 23 Sep 2021 16:46:34.591 * Synchronization with replica 192.168.122.12:6379 succeeded

2. Redis Sentinel-Modus

1. Der Kern der Sentinel-Modus-Funktion

Basierend auf der Master-Slave-Replikation führt Sentinel ein automatisches Failover des Masterknotens ein.

2. Das Prinzip des Sentinel-Modus

Der Sentinel ist ein verteiltes System, das zur Überwachung jedes Servers in der Master-Slave-Struktur verwendet wird und wählen Sie über einen Abstimmungsmechanismus einen neuen Master aus, wenn ein Fehler auftritt, und verbinden Sie alle Slaves mit dem neuen Master. Daher darf die Anzahl der gesamten Cluster, auf denen Sentinel ausgeführt wird, nicht weniger als 3 Knoten betragen.

3. Die Rolle des Sentinel-Modus

● Überwachung: Sentinel überprüft kontinuierlich den Masterknoten und den Slave Knoten, ob er ordnungsgemäß funktioniert. ● Automatisches Failover: Wenn der Master-Knoten nicht ordnungsgemäß funktioniert, startet Sentinel einen automatischen Failover-Vorgang. Dabei wird einer der Slave-Knoten des ausgefallenen Master-Knotens auf den neuen Master-Knoten aktualisiert. und Lassen Sie stattdessen andere Slave-Knoten den neuen Master-Knoten kopieren.

● Benachrichtigungserinnerung: Sentinel kann die Failover-Ergebnisse an den Client senden.

4. Die Struktur des Sentinel-Modus

Die Sentinel-Struktur besteht aus zwei Teilen, dem Sentinel-Knoten und dem Datenknoten: #🎜 🎜# ● Sentinel-Knoten: Das Sentinel-System besteht aus einem oder mehreren Knoten. Sentinel-Knoten sind spezielle Redis-Knoten, die keine Daten speichern.

● Datenknoten: Der Masterknoten und der Slaveknoten sind beide Datenknoten. 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，并让其他从节点改为复制新的主节点。
● 通知提醒

5. Funktionsweise des Sentinel-Modus

Der Start des Sentinel hängt vom Master-Slave ab Daher muss nach der Installation des Master-Slave-Modus der Sentinel-Modus auf allen Knoten bereitgestellt werden, um zu überwachen, ob alle Redis-Arbeitsknoten normal sind. Andere Knoten verlieren den Kontakt zum Master-Knoten. Wenn mehr als die Hälfte der Stimmen abgegeben wird, wird davon ausgegangen, dass tatsächlich ein Problem mit diesem Master vorliegt, und der Sentinel-Raum wird benachrichtigt. und dann wird einer der Slaves als neuer Master ausgewählt.

6. Failover-Mechanismus

Der Sentinel-Knoten überwacht regelmäßig, ob der Masterknoten ausgefallen ist. Der Sentinel-Knoten sendet einmal pro Sekunde einen Ping-Befehl, um die Heartbeat-Erkennung durchzuführen und die Ergebnisse an den Master-Knoten, die Slave-Knoten und andere Sentinel-Knoten zu senden. Wenn der Masterknoten nicht innerhalb einer bestimmten Zeitspanne antwortet oder mit einer Fehlermeldung antwortet, geht der Sentinel davon aus, dass der Masterknoten subjektiv offline ist (einseitig). Wenn mehr als die Hälfte der Sentinel-Knoten glauben, dass der Master-Knoten subjektiv offline ist, ist er objektiv offline.

Wenn der Masterknoten ausfällt, implementieren die Sentinel-Knoten den Wahlmechanismus über den Raft-Algorithmus (Wahlalgorithmus), um gemeinsam einen Sentinel-Knoten als verantwortlichen Leiter zu wählen zur Verarbeitung des Masterknoten-Failovers und der Benachrichtigungen. Daher darf die Anzahl der Hosts im Sentinel-Cluster nicht weniger als drei Knoten betragen.

• Der Leader-Sentinel-Knoten führt ein Failover durch. Der Prozess ist wie folgt:

  ● Aktualisieren Sie einen Slave-Knoten auf den neuen Master-Knoten und lassen Sie andere Slave-Knoten darauf verweisen der neue Master-Knoten.

  ● Wenn der ursprüngliche Master-Knoten wiederhergestellt wird, wird er auch zum Slave-Knoten und zeigt auf den neuen Master-Knoten geändert.
Es ist wichtig zu beachten, dass der objektive Offline-Vorgang nur für den Master-Knoten gilt. Wenn der Slave-Knoten und der Sentinel-Knoten ausfallen, gibt es keine weiteren objektiven Offline- und Failover-Vorgänge.
• 7. Masterknotenwahl

  
  
  
  
  Ungesunde herausfiltern ( Offline) gibt es keinen Slave-Knoten, der auf die Sentinel-Ping-Antwort antwortet.

Wählen Sie den Slave-Knoten mit der Konfiguration mit der höchsten Priorität in der Konfigurationsdatei aus (Replika-Priorität, der Standardwert ist 100).

Wählen Sie den Slave-Knoten mit dem größten Replikationsoffset, also der vollständigsten Replikation, aus.
• 8. Redis-Sentry-Modus erstellen

• 8.1 Server-IP-Konfiguration

Server

Hostname

IP

#🎜 🎜 ##?? 🎜 #Slave1-KnotenSlave1192.168.122.12

192.168.122.11

Slave2-Knoten#🎜 🎜## 🎜🎜#sklave2

8.2 各服务器防火墙环境

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0

8.3 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
 
##17行，取消注释，关闭保护模式
protected-mode no
##21行，Redis哨兵默认的监听端口
port 26379
##26行，指定sentienel为后台启动
daemonize yes
##36行，指定日志存放路径
logfile "/var/log/sentinel.log"
##65行，指定数据库存放路径
dir "/var/lib/redis/6379"
##84行，修改，指定该哨兵节点监控192.168.122.10 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，才能判定故障并进行故障转移
sentinel monitor mymaster 192.168.122.10 6379 2
##113行，判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒（30秒）
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
##146行，故障节点的最大超时时间为180000毫秒（180秒）
sentinel failover-timeout mymaster 180000

8.4 启动哨兵模式

注意：需先启动master，再启动slave

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

8.5 查看哨兵信息

Master：192.168.122.10

[root@master redis-5.0.7]# 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=192.168.122.10:6379,slaves=2,sentinels=3

三、Redis 群集模式

1. Redis集群的概述

集群，即Redis Cluster，是Redis 3.0开始引入的分布式存储方案。

2. Redis集群

Redis数据分布在多个节点（Node）组成的集群中。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。

3. Redis集群的作用

集群的作用，可以归纳为两点：

3.1 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度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体积；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。

3.2 高可用

该集群支持主从复制和类似哨兵一样的主节点自动故障转换功能，即使发生节点故障也能够继续为外部提供服务。

4. 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，去找到所对应的节点，然后直接跳转到这个对应的节点上进行存取操作。

5. 哈希槽

5.1 哈希槽的分配

• 哈希槽可按照集群主机数平均分配（默认分配）
  以3个节点组成的集群为例：
  节点A包含0-5460号哈希槽
  节点B包含5461-10922号哈希槽
  节点C包含10923-16383号哈希槽

• 也可以根据主机的性能以及功能自定义分配
  以3个节点组成的集群为例：
  节点A性能最差，包含0-2000号哈希值
  节点B性能中等，包含2001-7000号哈希值
  节点C性能最强，包含7001-16383号哈希值

5.2 哈希槽的使用

集群搭建的时候，需要给集群的节点分配插槽，0~16383
在node1执行set a a

• 使用crc16算法对key进行计算，得到一个数字，然后对这个数字进行求余16384(crc16 : a = 26384l;26384 % 16384 = 10000)

• 查找包含10000的插槽的节点，找到了node2，自动跳转到node2

• 在node2上执行set a a命令

node3上执行get a

• a --> 10000

• 跳转到node2

• 在node2执行get a

6. 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。
以每个节点添加一个从节点A1、B1、C1整个集群便有了三个Master节点和三个Slave节点组成，在节点B失败后，集群选举B1位为新的主节点继续服务。当B和B1都失败后，集群将不可用。

7. 搭建Redis群集模式

7.1 服务器IP配置

redis的集群一般需要6个节点，3主3从。方便起见，这里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。

服务器	主机名	IP	主端口	从端口
Node1节点	node	192.168.122.10	6001	6004
Node2节点	node	192.168.122.10	6002	6005
Node3节点	node	192.168.122.10	6003	6006

7.2 服务器防火墙环境

systemctl stop firewalld && systemctl disable firewalld
setenforce 0

7.3 创建集群配置目录及文件

[root@node ~]# cd /etc/redis
[root@node redis]# mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
[root@node redis]# 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
[root@node redis]# ls -R redis-cluster/
redis-cluster/:
redis6001  redis6002  redis6003  redis6004  redis6005  redis6006
 
redis-cluster/redis6001:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6002:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6003:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6004:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6005:
redis-cli  redis.conf  redis-server
 
redis-cluster/redis6006:
redis-cli  redis.conf  redis-server

7.4 开启群集功能

仅以redis6001为例，其他5个文件夹的配置文件以此类推修改，特别注意端口号的修改。

[root@node redis]# cd redis-cluster/redis6001
[root@node redis6001]# vim redis.conf 
 
##69行，注释掉bind项，默认监听所有网卡
#bind 127.0.0.1
##88行，修改，关闭保护模式
protected-mode no
##92行，修改，redis监听端口
port 6001
##136行，开启守护进程，以独立进程启动
daemonize yes
##832行，取消注释，开启群集功能
cluster-enabled yes
##840行，注销注释，群集名称文件设置
cluster-config-file nodes-6001.conf
##846行，注销注释，群集超时时间设置
cluster-node-timeout 15000
##700行，修改，开启AOF持久化
appendonly yes

7.5 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

[root@node redis6001]# for d in {1..6}
> do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$i
> ^C
[root@node redis6001]# for d in {1..6}
> do
> cd /etc/redis/redis-cluster/redis600$d
> redis-server redis.conf
> done
[root@node1 redis6006]# ps -ef | grep redis
root        992      1  0 13:45 ?        00:00:07 /usr/local/redis/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root       2289      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6001 [cluster]
root       2294      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6002 [cluster]
root       2299      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6003 [cluster]
root       2304      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6004 [cluster]
root       2309      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6005 [cluster]
root       2314      1  0 14:41 ?        00:00:00 redis-server *:6006 [cluster]
root       2450   2337  0 14:50 pts/0    00:00:00 grep --color=auto redis

7.6 启动集群

[root@node redis6006]# 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才可以成功创建。
–replicas 1表示每个主节点有1个从节点。

7.7 测试集群

[root@node1 redis6006]# redis-cli -p 6001 -c
#加-c参数，节点之前就可以互相跳转
127.0.0.1:6001> cluster slots
#查看节点的哈希槽编号范围
1) 1) (integer) 0
#哈希槽起始编号
   2) (integer) 5460
#哈希槽终止编号
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6001
#node节点主
      3) "18e59f493579facea29abf90ca4050f566d66339"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6004
#node节点从
      3) "2635bf6a0c286ef910ec5da03dbdc7cde308c588"
2) 1) (integer) 10923
   2) (integer) 16383
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6003
      3) "51460d417eb56537e5bd7e8c9581c66fdd817b3c"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6006
      3) "51a75667dcf21b530e69a3242a3e9f81f577168d"
3) 1) (integer) 5461
   2) (integer) 10922
   3) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6002
      3) "6381d68c06ddb7ac43c8f7d7b8da0644845dcd59"
   4) 1) "127.0.0.1"
      2) (integer) 6005
      3) "375ad927116d3aa845e95ad5f0586306e7ff3a96"
127.0.0.1:6001> set num 1
OK
127.0.0.1:6001> get num
"1"
127.0.0.1:6001> keys *
1) "num"
127.0.0.1:6001> quit
[root@node1 redis6006]# redis-cli -p 6002 -c
127.0.0.1:6002> keys *
#6002端口无键值对
(empty list or set)
127.0.0.1:6002> get num
-> Redirected to slot [2765] located at 127.0.0.1:6001
"1"
#6002端口获取到num键位于6001端口，切换到6001端口并显示键值
127.0.0.1:6001> set key1 11111
-> Redirected to slot [9189] located at 127.0.0.1:6002
OK
#6001端口创建键值对，将其存至6002端口，并切换至6002端口
127.0.0.1:6002>

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