Redis高可用
在web服务器中，高可用是指服务器可以正常访问的时间，衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务（99.9%、99.99%、99.999%等等）
但是在Redis语境中，高可用的含义似乎要宽泛一些，除了保证提供正常服务 （如主从分离、快速容灾技术），还需要考虑数据容量的扩展、数据安全不会丢失等。
在Redis中，实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和 cluster集群，下面分别说明它们的作用，以及解决了什么样的问题。
●持久化∶ 持久化是最简单的高可用方法（有时甚至不被归为高可用的手段）， 主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘， 保证数据不会因进程退出而丢失。
●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，最少只需要3台服务器。
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
●cluster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，实现了较为完姜的高可用方案，也可以实现哨兵的自动化故障恢复功能，
缺陷：最少需要6台服务器，成本较高，配置复杂
*虽然cluster集群满足了所有的要求，但是很多公司仍然使用哨兵模式
1.哨兵模式成本较低，最少只需3台服务器，而cluster至少需要6台
2.如果应用场景读的情况多，写的情况较少，那哨兵模式足以满足生产需求
所以需要根据实际应用场景需求选择合适的模式
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。
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。
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。
Redis主从复制的搭建
实验环境
|
主机 |
操作系统 |
IP地址 |
所需的软件/工具 |
|
Master服务器 |
Centos7 |
192.168.150.35 |
redis-5.0.7 |
|
Slave1服务器 |
Centos7 |
192.168.150.30 |
redis-5.0.7 |
|
Slave2服务器 |
Centos7 |
192.168.150.25 |
redis-5.0.7 |
配置思路
（1）准备三台安装好了redis服务器的主机
（2）master节点修改监听地址为0.0.0.0表示任意地址，并且需要开启AOF持久化，重启服务
（3）Slave节点修改监听地址0.0.0.0，开启AOF持久化，需要额外在配置文件287行指定同步的master节点IP和端口，重启服务。在主服务器写入数据加以验证
配置步骤
1. 安装 Redis
yum install -y gcc gcc-c++ make #安装软件环境
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-5.0.7/
make
make PREFIX=/usr/local/redis install #编译安装文件包
cd /opt/redis-5.0.7/utils
./install server.sh #配置文件创建，一直回车，可执行文件需要手动添加
·····
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/ #创建软链接方便命令执行
chmod +x /etc/init.d/redis_6379 #加入系统命令管理
chkconfig --add /etc/init.d/redis_6379
systemctl start redis_6379.service
netstat -natp | grep redis
2. 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
systecmctl restart redis_6379.server
netstat -natp | grep redis
2. 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 192.168.150.35 6379 #287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
systecmctl restart redis_6379.server
netstat -natp | grep redis
3. 验证主从效果
在Master节点上查看日志文件
cat /var/log/redis_6379.log
.......
Replica 192.168.150.25:6379 asks for synchronization
Replica 192.168.150.30:6379 asks for synchronization
redis-cli info #可以显示redis服务器的各种状态
redis-cli info replication #可以显示redis服务器的主从复制的状态
#在master上插入数据
redis-cli -h 192.168.150.35 -p 6379
192.168.150.35:6379> set id 111
192.168.150.35:6379> get id
#在slave1上查看数据
redis-cli -h 192.168.150.25 -p 6379
192.168.150.25:6379> get id
#在slave2上查看数据
redis-cli -h 192.168.150.30 -p 6379
192.168.150.30:6379>get id
#无法在slave节点服务写入数据
192.168.150.30:6379> set 111 2
(error) READONLY You can't write against a read only replica.
#从服务器配置主从复制后无法插入数据，实现了读写分离的作用
Redis 哨兵模式
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。
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，并让其他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。
哨兵模式的组成
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，端口是26379。
●数据节点∶主节点和从节点都是数据节点。
哨兵的工作模式和故障转移机制
*所有哨兵都会监控节点，哨兵之间会共享服务器的状态数据，对整个集群实现监控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，所有节点上都需要部署哨兵模式，哨兵模式会监控所有的 Redis 工作节点是否正常
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）。将进行投票判断，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，通知哨兵间通过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。
#主观下线：当某个哨兵认为节点宕机，是主观下线
#客观下线：当所有哨兵投票后票数过半后确认宕机为客观下线，然后就会执行故障的切换等过程
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
搭建Redis哨兵模式
实验准备
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服务器 |
IP地址 |
操作系统 |
安装的服务和工具 |
|
Master节点 |
192.168.150.5 |
CentOS 7 |
redis-5.0.7.tar.gz |
|
Slave1节点 |
192.168.150.10 |
CentOS 7 |
redis-5.0.7.tar.gz |
|
Slave2节点 |
192.168.150.15 |
CentOS 7 |
redis-5.0.7.tar.gz |
配置思路
（1）关闭防火墙，编译安装好redis服务器
（2）所有服务器配置哨兵模式，更改监控主节点IP，名称，以及故障判断
（3）后台启动哨兵模式，查看哨兵信息是否正常启动并进行简单的故障模拟
1. 安装3台redis服务器（从服务器和主服务器之间需要配置好主从复制）
systemctl stop firewalld
setenforce 0
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 192.168.150.5 6379 2 #84行，修改指定该哨兵节点监控192.168.80.10:6379这个主节点，该主节点的名称是mymaster（自定义，与后面配置一致即可），最后的2的含义与主节点的故障判定有关∶至少需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 3000 #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，故障节点切换的最大超时时间为180000，超时判断切换失败（180秒）
3. 启动哨兵模式
#先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf & #后台启动
4. 查看哨兵信息
[root@localhost ~]# 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=192.168.150.5:6379,slaves=2,sentinels=3
5. 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
kill -9 16494 #Master节点上redis-server的进程号
cd /var/run/ #还需删除设置在该路径下的redis服务的PID文件
rm -f redis_6379.pid
#验证结果
tail -f /var/log/sentinel.log
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。
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（负载均衡），大大提高了集群的响应能力。
Bedis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。
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
Redis集群的工作过程
创建或读取Key时通过CRC16校验后得出一个数，用该数字除以16384取余，通过余数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储或读取的操作
Redis集群的主从复制模型
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
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。
Redis 群集模式配置
redis的集群一般需要6个节点，3主3从。
为了实验方便，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∶6111/6222/6333，
3个从节点端口号∶6444/6555/6666
1. 新建6个redis配置文件的目录
cd /etc/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
#使用for循环将redis解压的目录中的配置文件和启动工具和命令行工具复制过来
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 6111 #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，开启AOF持久化
3. 启动所有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
4. 启动集群
redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6111 127.0.0.1:6222 127.0.0.1:6333 127.0.0.1:6444 127.0.0.1:6555 127.0.0.1:6666 --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，按照顺序前面3为主后面三个为从。
--cluster-replicas 1表示进集群每个主节点有1个从节点。
5. 测试群集
redis-cli -p 6111 -c
#加-c参数，允许节点之间可以互相自动跳转
127.0.0.1:6111> cluster slots #查看节点的哈希槽编号范围
#创建一个key，会通过CRC16校验后创建到某个master服务器，并且会自动跳转到该服务器
127.0.0.1:6111> set a 1
-> Redirected to slot [15495] located at 127.0.0.1:6333
OK
127.0.0.1:6333> cluster keyslot a #查看key对应的哈希槽
(integer) 15495
#在别的master服务器是没有存储刚刚创建的key的数据，但如果查询key的值是会自动跳转到该key存在的master服务器上并进行执行
[root@dd ~]# redis-cli -p 6111 -c
127.0.0.1:6111> keys * #别的master服务器并不存储该key
(empty list or set)
127.0.0.1:6111>get a #获取key值会提示该key对应的哈希槽和存储的服务器
-> Redirected to slot [15495] located at 127.0.0.1:6333
"1"
127.0.0.1:6333>
#如果在key对应的组里的从服务器上是可以查看到该key的存在，但执行读取操作依然会跳到主服务器上，因为从服务器主做主服务器的状态信息和数据的复制
[root@dd ~]# redis-cli -p 6666 -c
127.0.0.1:6666> keys * #可以查看到存储了该key的数据
1) "a"
127.0.0.1:6666> get a #执行读取操作依然会跳到主服务器
-> Redirected to slot [15495] located at 127.0.0.1:6333
"1"
127.0.0.1:6333>
#故障切换及恢复
ps -ef | grep redis
kill 56201
redis-cli -p 6222 -c
127.0.0.1:6222> cluster slots
#如果之前宕机的主服务器恢复不会对现在的新的主服务器进行抢占，而是成为该哈希槽范围内的从服务器