Redis挂了，怎么补救？谈谈如何实现redis的高可用

Redis挂了，怎么补救？谈谈如何实现redis的高可用！

Redis实现高可用主要有三种部署模式：主从模式、哨兵模式和集群模式。

分区

分区(Partitioning)是一种最为简单的拓展方式。

  • 在我们面临单机的存储空间瓶颈时，第一点就能想到像传统的关系型数据库一样，进行数据分区。

  • 或者假设手中有N台机器可以作为Redis服务器，所有机器内存总和有256G, 而客户端正好也需要一个大内存的存储空间。

  • 我们除了可以把内存条都拆下来焊到一个机器上，也可以选择分区使用，这样又拓展了计算能力。

  • 单指分区来讲，即将全部数据分散在多个Redis实例中，每个实例不需要关联，可以是完全独立的。

使用方式

  • 客户端处理和传统的数据库分库分表一样，可以从key入手，先进行计算，找到对应数据存储的实例在进行操作。范围角度，比如orderId:1orderId:1000放入实例1，orderId:1001orderId:2000放入实例2...哈希计算，就像我们hashmap一样，用hash函数加上位运算或者取模，高级玩法还有一致性Hash等操作，找到对应的实例进行操作

  • 使用代理中间件 我们可以开发独立的代理中间件，屏蔽掉处理数据分片的逻辑，独立运行。当然也有他人已经造好的轮子，Redis也有优秀的代理中间件，譬如Twemproxy或者codis，可以结合场景选择是否使用。

缺点

  • 无缘多key操作，key都不一定在一个实例上，那么多key操作或者多key事务自然是不支持。

  • 维护成本，由于每个实例在物理和逻辑上，都属于单独的一个节点，缺乏统一管理。

  • 灵活性有限，范围分片还好，比如hash+MOD这种方式，如果想动态调整Redis实例的数量，就要考虑大量数据迁移，这就非常麻烦了。

同为开发者，深知我们虽然总能“曲线救国”的完成一些当前环境不支持的功能，但是总归要麻烦一些。

一，主从模式

同上面的分区一样，也是Redis高可用架构的基础，新手可能会误以为这类基础模式即是“高可用”，这并不是十分正确的。
分区暂时能解决单点无法容纳的数据量问题，但是一个Key还是只在一个实例上，在大流量时代显得不那么可靠。
主从就是另一个纬度的拓展，节点将数据同步到从节点，就像将实例“分身”了一样，可靠性又提高了不少。

主从模式中，Redis部署了多台机器，由主节点负责读写操作，而从节点只负责读操作；
从节点的数据来自于主节点，其背后的原理就是主从复制机制。

主从机制包括全量复制和增量复制两种方式。

1、全量复制

一般当slave第一次启动连接master的时候，或者被认为是第一次连接，就采用全量复制：

1.slave发送sync命令到master。
2.master接收到SYNC命令后，执行bgsave命令，生成RDB全量文件。
3.master使用缓冲区，记录RDB快照生成期间的所有写命令。
4.master执行完bgsave后，向所有slave发送RDB快照文件。
5.slave收到RDB快照文件后，载入、解析收到的快照。
6.master使用缓冲区，记录RDB同步期间生成的所有写的命令。
7.master快照发送完毕后，开始向slave发送缓冲区中的写命令;
8.salve接受命令请求，并执行来自master缓冲区的写命令

redis在2.8版本之后，就是用psync来代替sync请求，因为sync命令非常消耗系统资源，psync的效率更高。

2、增量复制

  • 在slave和master全量同步之后，master上的数据，如果再次发生更新，就会触发增量复制。

  • 当master节点发生数据增减时，就会触发replicationFeedSalves()函数，接下来在 Master节点上调用的每一个命令会使用replicationFeedSlaves()来同步到Slave节点。

  • 执行此函数之前呢，master节点会判断用户执行的命令是否有数据更新，如果有数据更新的话，并且slave节点不为空，就会执行此函数。

  • 这个函数作用就是：把用户执行的命令发送到所有的slave节点，让slave节点执行。

流程如下：

使用方式：

  • 作为主节点的Redis实例，并不要求配置任何参数，只需要正常启动

  • 作为从节点的实例，使用配置文件或命令方式REPLICAOF 主节点Host主节点port即可完成主从配置

缺点：

  • slave节点都是只读的，如果写流量大的场景，就有些力不从心了。那我把slave节点只读关掉不就行了？当然不行，数据复制是由主到从，从节点独有数据同步不到主节点，数据就不一致了。

  • 故障转移不友好，主节点挂掉后，写处理就无处安放，需要手工设定新的主节点，如使用REPLICAOF(谁大腿我都不抱了) 晋升为主节点，再梳理其他slave节点的新主配置，相对来说比较麻烦。

二，哨兵模式

主从模式中，一旦主节点由于故障不能提供服务，需要人工将从节点晋升为主节点，同时还要通知应用方更新主节点地址。显然，多数业务场景都不能接受这种故障处理方式。
Redis从2.8开始正式提供了Redis Sentinel（哨兵）架构来解决这个问题。并且还能够充当配置提供者，提供主节点的信息，就算发生了故障转移，也能提供正确的地址。

1、哨兵模式

由一个或多个Sentinel实例组成的Sentinel系统，它可以监视所有的Redis主节点和从节点，并在被监视的主节点进入下线状态时，自动将下线主服务器属下的某个从节点升级为新的主节点。但是呢，一个哨兵进程对Redis节点进行监控，就可能会出现问题（单点问题），因此，可以使用多个哨兵来进行监控Redis节点，并且各个哨兵之间还会进行监控。如下图所示：

简单来说，哨兵模式就三个作用：

  1. 发送命令，等待redis服务器（包括主服务器和从服务器）返回监控其运行状态。

  2. 哨兵检测到主节点宕机，会自动将从节点切换成主节点，然后通过发布订阅模式通知其他的从节点，修改配置文件，让他们切换主机。

  3. 哨兵之间还会相互监控，从而达到高可用。

2、故障切换的过程是怎么样的呢？

  • 假设主服务器宕机，哨兵1先检测到这个结果，系统并不会马上进行 failover(故障切换)，仅仅是哨兵1主观的认为主服务器不可用，这个现象成为主观下线。

  • 当后面的哨兵也检测到主服务器不可用，并且数量达到一定值时，那么哨兵之间就会进行一次投票，投票的结果由一个哨兵发起，进行 failover 操作。

  • 故障切换成功后，就会通过发布订阅模式，让各个哨兵把自己监控的从服务器实现切换主机，这个过程称为客观下线。

  • 这样对于客户端而言，一切都是透明的。

哨兵的工作模式如下：

  1. 每个Sentinel以每秒钟一次的频率向它所知的Master，Slave以及其他Sentinel实例发送一个 PING命令。
  2. 如果一个实例（instance）距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值， 则这个实例会被 Sentinel标记为主观下线。
  3. 如果一个Master被标记为主观下线，则正在监视这个Master的所有 Sentinel 要以每秒一次的频率确认Master的确进入了主观下线状态。
  4. 当有足够数量的 Sentinel（大于等于配置文件指定的值）在指定的时间范围内确认Master的确进入了主观下线状态， 则Master会被标记为客观下线。
  5. 在一般情况下， 每个 Sentinel 会以每10秒一次的频率向它已知的所有Master，Slave发送 INFO 命令。
  6. 当Master被 Sentinel 标记为客观下线时，Sentinel 向下线的 Master 的所有 Slave 发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次
  7. 若没有足够数量的 Sentinel同意Master已经下线， Master的客观下线状态就会被移除；若Master 重新向 Sentinel 的 PING 命令返回有效回复， Master 的主观下线状态就会被移除。

哨兵本身也是Redis实例的一种，但不作为数据存储方使用，启动命令也是不一样的。

使用方式

Sentinel的最小配置，一行即可：

sentinel monitor <主节点别名> <主节点host> <主节点端口> <票数>

只需要配置master即可，然后用redis-sentinel <配置文件>，命令即可启用。

Redis官网提到的“最小配置”是如下所示，除了上面提到的一行，还有其它的一些配置：

sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 60000
sentinel failover-timeout mymaster 180000
sentinel parallel-syncs mymaster 1

sentinel monitor resque 192.168.1.3 6380 4
sentinel down-after-milliseconds resque 10000
sentinel failover-timeout resque 180000
sentinel parallel-syncs resque 5

正如该例所示，设置主节点别名就是为了监控多主的时候，与其额外配置项能够与其对应, 以及sentinel一些命令，如sentinel get-master-addr-by-name 就要用到别名了。

哨兵数量建议在三个以上且为奇数，在Redis官网也提到了各种情况的“布阵”方式，非常值得参考。

既然是高可用方案，并非有严格意义上的“缺点”，还需配合使用场景进行考量。

  • 故障转移期间短暂的不可用，但其实官网的例子也给出了parallel-syncs参数来指定并行的同步实例数量，以免全部实例都在同步出现整体不可用的情况，相对来说要比手工的故障转移更加方便。

  • 分区逻辑需要自定义处理，虽然解决了主从下的高可用问题，但是Sentinel并没有提供分区解决方案，还需开发者考虑如何建设。

  • 既然是还是主从，如果异常的写流量搞垮了主节点，那么自动的“故障转移”会不会变成自动“灾难传递”，即slave提升为Master之后挂掉，又进行提升又被挂掉。不过最后这点也是笔者猜测，并没有听说过出现这种案例，可不必深究。

三，集群模式

哨兵模式基于主从模式，实现读写分离，它还可以自动切换，系统可用性更高。
但是它每个节点存储的数据是一样的，浪费内存，并且不好在线扩容。
因此，Cluster集群应运而生，它在Redis3.0加入的，实现了Redis的分布式存储。对数据进行分片，也就是说每台Redis节点上存储不同的内容，来解决在线扩容的问题。并且，它也提供复制和故障转移的功能。

  • 对开发者而言，“官方支持”一词是大概率非常美好的，小到issue，大到feature。自定义去解决问题，成本总是要高一些。

  • 有了官方的正式集群方案，从请求路由、故障转移、弹性伸缩几个纬度的使用上，将更为容易。

  • Cluster不同于哨兵，是支持分区的。有说法Cluster是哨兵的升级，这是不严谨的。 二者纬度不一样，如果因为Cluster也有故障转移的功能，就说它是哨兵的升级款，略显牵强。

  • Cluster在分区管理上，使用了“哈希槽”(hash slot)这么一个概念，一共有16384个槽位，每个实例负责一部分槽，通过CRC16（key）&16383，计算出来key所对应的槽位。

  • 虽然在节点和key二者中又引入了槽的概念，看起来不易理解，实际上因为颗粒度更细了，减少了节点的扩容和收缩难度，相比传统策略还是很有优势。

  • 当然，“槽”是虚拟的概念，节点自身去维护“槽”的关系，并不是要真正下载启动个“槽服务”在跑。

使用方式

Redis的各种玩法，都是从配置文件着手，集群也不例外。

cluster-enabled yes
cluster-config-file "redis-node.conf"

关键配置简洁明了，有两步

  • 开启集群

  • 指定集群配置文件

集群配置文件(cluster-config-file)为内部使用，可以不去指定，Redis会帮助创建一个。
启动还是普通的方式redis-server redis.conf

首先以集群方式启动了N台Redis实例，这当然还没完事。

接下来的步骤笔者称为“牵线搭桥分配槽”，听起来还算顺口。

“牵线搭桥分配槽”的方式也在不断升级，从直接用原始命令来处理，到使用脚本，以及现在的Redis-cli官方支持，使用哪种方式都可以。

redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 \
127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 \
--cluster-replicas 1

上方的命令即是Redis官网给出的redis-cli的方式用法，一行命令完成“三主三从”以及自动分配槽的操作。

这样集群就搭建完成了，当然，使用官方提供的check命令检查一下，也是有必要的。

redis-cli --cluster check 127.0.0.1:7001
注意：

  • 虽然是对分区良好支持，但也有一些分区的老问题，譬如：如果不在同一个“槽”的数据，是没法使用类似mset的多键操作。

  • 在select命令页有提到, 集群模式下只能使用一个库，虽然平时一般也是这么用的，但是要了解一下。

  • 运维上也要谨慎，俗话说得好，“使用越简单底层越复杂”，启动搭建是很方便，使用时面对带宽消耗，数据倾斜等等具体问题时，还需人工介入，或者研究合适的配置参数。

posted @ 2022-07-16 21:13  空还是空  阅读(2735)  评论(0)  编辑  收藏  举报