Redis 哨兵模式原理与实战

1、复制

为了解决单点问题，保证数据的安全性，Redis 提供了复制机制，用于知足故障恢复和负载均衡等需求。经过复制机制，Redis 能够经过多个副本保证数据的安全性，从而提供高可用的基础，Redis 的哨兵和集群模式都是在复制基础上实现高可用的。

1.1 创建复制关系

想要对两个 Redis 节点创建主从复制关系，能够经过如下三种方式来实现：

• 在从节点的配置文件中配置 slaveof {masterHost} {masterPort} 选项；
• 在从节点启动时候加入 --slaveof {masterHost} {masterPort} 参数；
• 直接在从节点上执行 slaveof {masterHost} {masterPort} 命令。

主从节点复制关系创建后，可使用 info replication 命令查看相关的复制状态。须要注意的是每一个从节点只能有一个主节点，但主节点能够同时拥有多个从节点，复制行为是单向的，只能由主节点复制到从节点，所以从节点默认都是只读模式，即 slave-read-only 的值默认为 yes。

1.2 断开复制关系

在启动后，若是想要断开复制关系，能够经过在从节点上执行 slaveof no one 命令，此时从节点会断开与主节点的复制关系，但并不会删除原有的复制成功的数据，只是没法再获取主节点上的数据。

经过 slaveof 命令还能够实现切换主节点的操做，命令以下：

slaveof {newMasterIp} {newMasterPort}
复制代码

须要注意的是，当你从一个主节点切换到另一个主节点时，该从节点上的原有的数据会被彻底清除，而后再执行复制操做，从而保证该从节点上的数据和新主节点上的数据相同。

1.3 复制机制缺陷

复制机制最主要的缺陷在于，一旦主节点出现故障，从节点没法自动晋升为主节点，须要经过手动切换来实现，这样没法达到故障的快速转移，所以也不能实现高可用。基于这个缘由，就产生了哨兵模式。

2、哨兵模式原理

哨兵模式的主要做用在于它可以自动完成故障发现和故障转移，并通知客户端，从而实现高可用。哨兵模式一般由一组 Sentinel 节点和一组（或多组）主从复制节点组成，架构以下：

2.1 架构说明

1. Sentinel 与 Redis Node

Redis Sentinel 是一个特殊的 Redis 节点。在哨兵模式建立时，须要经过配置指定 Sentinel 与 Redis Master Node 之间的关系，而后 Sentinel 会从主节点上获取全部从节点的信息，以后 Sentinel 会定时向主节点和从节点发送 info 命令获取其拓扑结构和状态信息。

2. Sentinel 与 Sentinel

基于 Redis 的发布订阅功能， 每一个 Sentinel 节点会向主节点的 __sentinel__：hello 频道上发送该 Sentinel 节点对于主节点的判断以及当前 Sentinel 节点的信息 ，同时每一个 Sentinel 节点也会订阅该频道， 来获取其余 Sentinel 节点的信息以及它们对主节点的判断。

3. 心跳机制

经过以上两步全部的 Sentinel 节点以及它们与全部的 Redis 节点之间都已经彼此感知到，以后每一个 Sentinel 节点会向主节点、从节点、以及其他 Sentinel 节点定时发送 ping 命令做为心跳检测， 来确认这些节点是否可达。

2.2 故障转移原理

每一个 Sentinel 都会定时进行心跳检查，当发现主节点出现心跳检测超时的状况时，此时认为该主节点已经不可用，这种断定称为主观下线。以后该 Sentinel 节点会经过 sentinel ismaster-down-by-addr 命令向其余 Sentinel 节点询问对主节点的判断， 当 quorum 个 Sentinel 节点都认为该节点故障时，则执行客观下线，即认为该节点已经不可用。这也同时解释了为何必须须要一组 Sentinel 节点，由于单个 Sentinel 节点很容易对故障状态作出误判。

这里 quorum 的值是咱们在哨兵模式搭建时指定的，后文会有说明，一般为 Sentinel节点总数/2+1，即半数以上节点作出主观下线判断就能够执行客观下线。

由于故障转移的工做只须要一个 Sentinel 节点来完成，因此 Sentinel 节点之间会再作一次选举工做， 基于 Raft 算法选出一个 Sentinel 领导者来进行故障转移的工做。 被选举出的 Sentinel 领导者进行故障转移的具体步骤以下：

1. 在从节点列表中选出一个节点做为新的主节点，选择方法以下：
   • 过滤不健康或者不知足要求的节点；
   • 选择 slave-priority（优先级）最高的从节点， 若是存在则返回， 不存在则继续；
   • 选择复制偏移量最大的从节点 ， 若是存在则返回， 不存在则继续；
   • 选择 runid 最小的从节点。
2. Sentinel 领导者节点会对选出来的从节点执行 slaveof no one 命令让其成为主节点。
3. Sentinel 领导者节点会向剩余的从节点发送命令，让他们重新的主节点上复制数据。
4. Sentinel 领导者会将原来的主节点更新为从节点， 并对其进行监控， 当其恢复后命令它去复制新的主节点。

3、哨兵模式搭建

下面演示在单机上搭建哨兵模式，多机搭建步骤亦同。须要注意的是在实际生产环境中，为了保证高可用，Sentinel 节点须要尽可能部署在不一样主机上，同时为了保证正常选举，至少须要 3个 Sentinel 节点。

3.1 配置复制集

拷贝三份 redis.conf，分别命名为 redis-6379.conf ，redis-6380.conf ，redis-6381.conf ，须要修改的配置项以下：

# redis-6379.conf
port 6379
daemonize yes   #以守护进程的方式启动
pidfile /var/run/redis_6379.pid  #当Redis以守护进程方式运行时，Redis会把pid写入该文件
logfile 6379.log
dbfilename dump-6379.rdb
dir /home/redis/data/
 # redis-6380.conf
port 6380
daemonize yes
pidfile /var/run/redis_6380.pid
logfile 6380.log
dbfilename dump-6380.rdb
dir /home/redis/data/
slaveof 127.0.0.1 6379
 # redis-6381.conf
port 6381
daemonize yes
pidfile /var/run/redis_6381.pid
logfile 6381.log
dbfilename dump-6381.rdb
dir /home/redis/data/
slaveof 127.0.0.1 6379
复制代码

3.2 配置Sentinel

拷贝三份 sentinel.conf ，分别命名为 sentinel-26379.conf ，sentinel-26380.conf ，sentinel-26381.conf ，配置以下：

# sentinel-26379.conf
port 26379
daemonize yes
logfile 26379.log
dir /home/redis/data/
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
sentinel parallel-syncs mymaster 1
sentinel failover-timeout mymaster 180000
 # sentinel-26380.conf 
port 26380
daemonize yes
logfile 26380.log
dir /home/redis/data/
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
sentinel parallel-syncs mymaster 1
sentinel failover-timeout mymaster 180000
 # sentinel-26381.conf 
port 26381
daemonize yes
logfile 26381.log
dir /home/redis/data/
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
sentinel parallel-syncs mymaster 1
sentinel failover-timeout mymaster 180000
复制代码

3.3 启动集群

分别启动三个 Redis 节点，命令以下：

redis-server redis-6379.conf
redis-server redis-6380.conf
redis-server redis-6381.conf
复制代码

分别启动三个Sentinel节点，命令以下：

redis-sentinel sentinel-26379.conf
redis-sentinel sentinel-26380.conf
redis-sentinel sentinel-26381.conf
复制代码

使用 ps -ef | grep redis 命令查看进程，此时输出应该以下：

可使用 info replication 命令查看 Redis 复制集的状态，此时输出以下。能够看到 6379 节点为 master 节点，而且有两个从节点，分别为 slave0 和 slave1，对应的端口为 6380 和 6381：

可使用 info Sentinel 命令查看任意 Sentinel 节点的状态，从最后一句输出能够看到 Sentinel 节点已经感知到 6379 的 master 节点，而且也知道它有两个 slaves 节点；同时 Sentinel 节点彼此之间也感知到，共有 3 个 Sentinel 节点：

参考资料

1. 付磊，张益军 . 《Redis 开发与运维》. 机械工业出版社 . 2017-3-1
2. 官方文档：Redis Sentinel Documentation

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