redis主从复制

redis主从复制

单机redis的风险与问题

• 问题一：机器故障
  • 现象：硬盘故障、系统崩溃
  • 本质：数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
  • 结论：基本放弃使用redis
• 问题二：容量瓶颈
  • 现象：内存不足够，从16G升级到64G，从64G升级到128G
  • 本质：穷，硬件条件更不上，制造公益高
  • 结论：基本放弃使用redis

redis中多台服务器连接方案

将多台服务器分为两个部分，一部分只负责写（master），一部分只负责读（slave）

• 提供数据方：master

  ​ 主服务器，主节点，主库

  ​ 主客户端

• 接受数据放：slave

  ​ 从服务器，从节点，从库

  ​ 从客户端

• 需要解决的问题：

  ​ 数据同步

• 主从复制核心工作：

  ​ 将master中的数据复制的slave中

主从复制

简介：

主从复制就是将作为master主服务器中的数据全部有效的复制到slave从服务器中

特征：一个master可以拥有多个slave，一个slave只可以对应一个master

master和slave的职责：

• master：

  • 写数据
  • 执行写操作时，将出现变化的数据自动同步到slave中
  • 读数据（基本可以忽略，主服务器一般只执行写操作）

• slave：

  • 读数据

  • 写数据（禁止）

    如果在从服务器中执行写操作会报错

    "(error) READONLY You can't write against a read only replica."
    

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，并根据实际需求的不同，改变slave的数量，通过多个从节点分担数据读取负载，大大的提高了redis服务器的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

主从复制工作流程

• 主从复制大概可以分为三个阶段

  • 建立连接阶段（即准备阶段）

  • 数据同步阶段（将master中的数据复制到slave中）

  • 命令传播阶段（持续的保持数据同步以及主从服务器的连接）

阶段一：建立连接阶段

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

• 步骤1：设置master的地址和端口，保存master信息

• 步骤2：建立socket连接

• 步骤3：发送ping命令（定时器任务）

• 步骤4：身份验证 步骤5：发送slave端口信息

至此，主从连接成功！

• 状态：
• slave： 保存master的地址与端口
• master： 保存slave的端口

总体： 之间创建了连接的socket

主从连接（slave连接master）

• 方式一：客户端发送命令

  slaveof <masterip> <masterport>
  

• 方式二：启动服务器参数

  redis-server -slaveof <masterip> <masterport>
  

• 方式三：服务器配置

  redis-server -slaveof <masterip> <masterport>
  

主从断开连接

• 客户端发送命令

  slaveo no one
  

• 说明

  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

授权访问

设置密码部分一般不会使用，因为redis一般都是在内网中使用，不用去设置密码。

• master客户端发送命令设置密码

requirepass <password>

• master配置文件设置密码

  config set requirepass <password>
  config get requirepass
  

• slave客户端发送命令设置密码

  auth <password>
  

• slave配置文件设置密码

  masterauth <password>
  

• slave启动服务器设置密码

  redis-server –a <password>
  

阶段二：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

• 步骤1：请求同步数据 (psync2)

• 步骤2：创建RDB同步数据

• 步骤3：恢复RDB同步数据

• 步骤4：请求部分同步数据 (在刚才全量复制的时候，可能又发送了一些信息到主服务器中，所以需要进行一次部分复制将这些改变也同步到从服务器中)

• 步骤5：恢复部分同步数据

至此，数据同步工作完成！

• 状态：

  • slave： 具有master端全部数据，包含RDB过程接收的数据

  • master： 保存slave当前数据同步的位置

• 总体： 之间完成了数据克隆

至此，数据同步工作完成！

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

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

阶段三：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

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

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

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

• 组成：

  • 偏移量（offset）
  • 字节值

• 工作原理：

  • 通过offset区分不同的slave当前数据传播的差异
  • master记录已发送的信息对应的offset
  • slave记录已接收的信息对应的offset
    

• 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

主从服务器复制偏移量（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（灾难恢复）

心跳机制

• 在进入命令传播阶段后（时刻保持数据同步），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 (主机一般业务操作比较多，所以设置的时间相比于slave短一点)
  • 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8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

流程总结：

主从复制常见问题

频繁的网络中断（1）

• 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

频繁的网络中断（2）

• 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
    

    设置的超时时间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

数据不一致

• 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）