redis（六）主从复制

简介

主从复制即将master中的数据即时、有效的复制到slave中

特征： 主从复制即将master中的数据即时、有效的复制到slave中

职责：

  • master：
    • 写数据
    • 执行写数据时，将出现变化的数据自动同步到slave
    • 读数据（可忽略）
  • slave
    • 读数据
    • 写数据（禁止）

作用：

  • 读写分离：master写、slave读，提高服务器的读写负载能力
  • 负载均衡：基于主从结构，配合读写分离，由slave分担master负载，并根据需求的变化，改变slave的数 量，通过多个从节点分担数据读取负载，大大提高Redis服务器并发量与数据吞吐量
  • 故障恢复：当master出现问题时，由slave提供服务，实现快速的故障恢复
  • 数据冗余：实现数据热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式
  • 高可用基石：基于主从复制，构建哨兵模式与集群，实现Redis的高可用方案

前期准备

1.文件结构
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conf中存在三个文件 common为备份文件，6379为master配置文件、6380为slave文件

2.拉取docker镜像

3.启动镜像

docker run -p 6379:6379 --name redis-6379 -v /usr/local/docker/redis/conf:/etc/redis/ -v /usr/local/docker/redis/data:/data -d redis redis-server /etc/redis/redis-6379.conf

docker run -p 6380:6380 --name redis-6380 -v /usr/local/docker/redis/conf:/etc/redis/ -v /usr/local/docker/redis/data:/data -d redis redis-server /etc/redis/redis-6380.conf

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备注：进入容器6380的时候需要指定端口，否则会连接失败如下图，因为默认连接的是6379的端口
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docker exec -it redis-6380 redis-cli -p 6380

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工作流程

主从复制过程大体上分为3个阶段

1.建立连接阶段（即准备阶段）

2.数据同步阶段

3.命令传播阶段

1.建立连接

建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号
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1.1主从连接

客户端发送命令

slaveof

启动服务器参数

redis-server -slaveof

服务器配置

slaveof

slave系统信息

​ master_link_down_since_seconds

​ masterhost

​ masterport

master系统信息

​ slave_listening_port(多个)

1.2主从断开

客户端发送命令（从向主发送命令）

slaveof no one

备注：slave断开连接后，不会删除已有数据，只是不再接受master发送的数据
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其中6380为slave 6379为master

重启6380，发现断开之后的数据同步过来了
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1.3授权访问

master客户端发送命令设置密码

config set requirepass

config get requirepass

master配置文件设置密码

requirepass

slave客户端命令验证密码

auth

slave配置文件设置连接marster的密码

masterauth

2.数据同步阶段工作流程

在slave初次连接master后，复制master中的所有数据到slave

将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态
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2.1数据同步阶段master说明

  1. 如果master数据量巨大，数据同步阶段应避开流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常执行

  2. 复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长，进行部分复制时发现数据已 经存在丢失的情况，必须进行第二次全量复制，致使slave陷入死循环状态。

    repl-backlog-size 1mb

  3. master单机内存占用主机内存的比例不应过大，建议使用50%-70%的内存，留下30%-50%的内存用于执 行bgsave命令和创建复制缓冲区

2.2数据同步阶段slave说明

  1. 为避免slave进行全量复制、部分复制时服务器响应阻塞或数据不同步，建议关闭此期间的对外服务

    slave-serve-stale-data yes|no

  2. 数据同步阶段，master发送给slave信息可以理解master是slave的一个客户端，主动向slave发送 命令

  3. 多个slave同时对master请求数据同步，master发送的RDB文件增多，会对带宽造成巨大冲击，如果 master带宽不足，因此数据同步需要根据业务需求，适量错峰

  4. slave过多时，建议调整拓扑结构，由一主多从结构变为树状结构，中间的节点既是master，也是 slave。注意使用树状结构时，由于层级深度，导致深度越高的slave与最顶层master间数据同步延迟 较大，数据一致性变差，应谨慎选择

3.命令传播阶段

当master数据库状态被修改后，导致主从服务器数据库状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的 状态，同步的动作称为命令传播

master将接收到的数据变更命令发送给slave，slave接收命令后执行命令

3.1命令传播阶段的部分复制

  • 命令传播阶段出现了断网现象

    • 网络闪断闪连 忽略
    • 短时间网络中断 部分复制
    • 长时间网络中断 全量复制

  • 部分复制的三个核心要素

    • 服务器的运行 id（run id）
    • 主服务器的复制积压缓冲区
    • 主从服务器的复制偏移量

3.2服务器运行id（runid）

  • 概念：服务器运行ID是每一台服务器每次运行的身份识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id

  • 组成：运行id由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符 例如：fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce

  • 作用：运行id被用于在服务器间进行传输，识别身份 如果想两次操作均对同一台服务器进行，必须每次操作携带对应的运行id，用于对方识别

  • 实现方式：运行id在每台服务器启动时自动生成的，master在首次连接slave时，会将自己的运行ID发 送给slave，slave保存此ID，通过info Server命令，可以查看节点的runid
    image

info server 可以查看具体的

3.3复制缓冲区

  • 概念：复制缓冲区，又名复制积压缓冲区，是一个先进先出（FIFO）的队列，用于存储服务器执行过的命 令，每次传播命令，master都会将传播的命令记录下来，并存储在复制缓冲区
    • ​ 复制缓冲区默认数据存储空间大小是1M，由于存储空间大小是固定的，当入队元素的数量大于队 列长度时，最先入队的元素会被弹出，而新元素会被放入队列
  • 由来：每台服务器启动时，如果开启有AOF或被连接成为master节点，即创建复制缓冲区
  • 作用：用于保存master收到的所有指令（仅影响数据变更的指令，例如set，select）
  • 数据来源：当master接收到主客户端的指令时，除了将指令执行，会将该指令存储到缓冲区中
    image

3.4 复制偏移量（offset）

  • 概念：一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置
  • 分类：
    •  master复制偏移量：记录发送给所有slave的指令字节对应的位置（多个）
    •  slave复制偏移量：记录slave接收master发送过来的指令字节对应的位置（一个）
  • 数据来源：
    • master端：发送一次记录一次
    • slave端：接收一次记录一次
  • 作用：同步信息，比对master与slave的差异，当slave断线后，恢复数据使用

3.5.数据同步+命令传播阶段工作流程

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3.6心跳机制

  • 进入命令传播阶段候，master与slave间需要进行信息交换，使用心跳机制进行维护，实现双方连接保持在线
  • master心跳：
    • 指令：PING
    • 周期：由repl-ping-slave-period决定，默认10秒
    • 作用：判断slave是否在线
    • 查询：INFO replication 获取slave最后一次连接时间间隔，lag项维持在0或1视为正常
  • slave心跳任务
    • 指令：REPLCONF ACK
    • 周期：1秒
    • 作用1：汇报slave自己的复制偏移量，获取最新的数据变更指令
    • 作用2：判断master是否在线

注意事项：

  • 当slave多数掉线，或延迟过高时，master为保障数据稳定性，将拒绝所有信息同步操作

    min-slaves-to-write 2
min-slaves-max-lag 8

    ​ slave数量少于2个，或者所有slave的延迟都大于等于10秒时，强制关闭master写功能，停止数据同步

  • slave数量由slave发送REPLCONF ACK命令做确认

  • slave延迟由slave发送REPLCONF ACK命令做确认

4工作流程

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常见问题

  1. 频繁的全量复制

伴随着系统的运行，master的数据量会越来越大，一旦master重启，runid将发生变化，会导致全部slave的 全量复制操作

内部优化调整方案：

  1. master内部创建master_replid变量，使用runid相同的策略生成，长度41位，并发送给所有slave

  2. 在master关闭时执行命令 shutdown save，进行RDB持久化,将runid与offset保存到RDB文件中

    ​ repl-id repl-offset

    ​ 通过redis-check-rdb命令可以查看该信息

  3. master重启后加载RDB文件，恢复数据

    重启后，将RDB文件中保存的repl-id与repl-offset加载到内存中

    master_repl_id = repl master_repl_offset = repl-offset

    通过info命令可以查看该信息

作用： 本机保存上次runid，重启后恢复该值，使所有slave认为还是之前的master

问题现象

网络环境不佳，出现网络中断，slave不提供服务

问题原因

	复制缓冲区过小，断网后slave的offset越界，触发全量复制

最终结果

	slave反复进行全量复制

解决方案

	修改复制缓冲区大小

repl-backlog-size

建议设置如下：

  1. 测算从master到slave的重连平均时长second
  2. 获取master平均每秒产生写命令数据总量write_size_per_second
  3. 最优复制缓冲区空间 = 2 * second * write_size_per_second

问题现象

​ master的CPU占用过高 或 slave频繁断开连接

问题原因

​ slave每1秒发送REPLCONF ACK命令到master

	当slave接到了慢查询时（keys * ，hgetall等），会大量占用CPU性能

	master每1秒调用复制定时函数replicationCron()，比对slave发现长时间没有进行响应

最终结果

	master各种资源（输出缓冲区、带宽、连接等）被严重占用

解决方案

	通过设置合理的超时时间，确认是否释放slave

repl-timeout

​ 该参数定义了超时时间的阈值（默认60秒），超过该值，释放slave

问题现象

​ slave与master连接断开

问题原因

​ master发送ping指令频度较低

​ master设定超时时间较短

​ ping指令在网络中存在丢包

解决方案

​ 提高ping指令发送的频度

repl-ping-slave-period

	超时时间repl-time的时间至少是ping指令频度的5到10倍，否则slave很容易判定超时

问题现象

​ 多个slave获取相同数据不同步

问题原因

​ 网络信息不同步，数据发送有延迟

解决方案

​ 优化主从间的网络环境，通常放置在同一个机房部署，如使用阿里云等云服务器时要注意此现象

​ 监控主从节点延迟（通过offset）判断，如果slave延迟过大，暂时屏蔽程序对该slave的数据访问

slave-serve-stale-data yes|no

​ 开启后仅响应info、slaveof等少数命令（慎用，除非对数据一致性要求很高）

posted @ 2021-06-11 13:28  zhao56  阅读(65)  评论(0)  编辑  收藏  举报