【中間件】Redis 實戰之主從複製、高可用、分散式

目錄

• 簡介
• 持久化
• 主從複製
• 高可用 Redis-Sentinel
  • .NET Core開發
• 分散式 Redis-Cluster
• 配置說明
• 常見問題

簡介

本節內容基於 CentOS 7.4.1708，Redis 3.2.12 環境實驗。

Redis 是一個開源的高性能鍵值對資料庫。

安裝：yum install -y redis

特性：

• 高性能 Key-Value 伺服器
• 多種數據結構
• 豐富功能
  • 緩存(get|set)
  • 計數器(incre)
  • 消息隊列(publish|subcrib)
• 高可用(v2.8 redis-sentinel)
• 分散式(v3.0 redis-cluster)

可執行文件：

• redis-server：服務端
• redis-cli：客戶端
• redis-benchmark：性能測試工具
• redis-check-aof：aof修複工具
• redis-check-dump：rdb修複工具
• redis-sentinel：sentinel服務端

啟動方式：

• 最簡啟動：預設配置直接啟動redis-server
• 動態參數啟動：命令行指定配置啟動redis-server
• 配置文件啟動(推薦)：指定配置文件啟動redis-server

啟動驗證：

• ps -ef|grep redis
• redis-cli -h locahost -p 6379 ping

由於 redis 是單線程的，推薦在一臺多核CPU機器上部署多個 redis 實例充分發揮。

持久化

redis 持久化支持2種：

1. RDB：快照方式，相當於 MySQL 中的 dump
2. AOF：寫日誌方式，相當於 MySQL 中的 binlog，推薦使用

註意：

1. 當同時開啟 RDB 和 AOF 的時候，redis啟動的時候會讀取 AOF 還原數據。
2. 推薦：關閉 RDB 持久化機制,開啟 AOF

RDB

RDB是什麼：

1. RDB方式的持久化是通過快照(snapshortting)完成的，當符合一定條件時Redis會自動將記憶體中所有數據完整的壓縮存儲到硬碟上。
2. RDB開啟條件由2個參數 時間 和 改動次數構成。如：save 900 1
3. RDB文件由2個參數 dir 和 dbfilename 分別指定目錄 和 文件名
4. RDB方式是Redis預設的持久化方式。

觸發命令：

1. save 命令(阻塞)
2. bgsave 命令(fork過程阻塞)

主要觸發方式:

1. 自動觸發規則(內部調用bgsave，不推薦開啟)
2. 全量複製(內部調用bgsave)

過程：

1. 執行 save 或 bgsave 命令
2. 生成新的 rdb 文件，如：temp-36985.rdb
3. 覆蓋 rdb 文件，如：dump-6379.rdb

優點：

1. 啟動速度快
2. 占用空間小

缺點：

1. 容易丟失數據
2. 時間複雜度O(n)

關閉RDB方式：

redis-cli config set save ""

註意：

RDB並不能真正的關閉，在主從複製時主從都會生成RDB文件

AOF

AOF是什麼:

1. AOF是純文本文件，會記錄 Redis 的每次改動命令(不記錄查詢)。
2. AOF開啟條件：appendonly yes
3. AOF文件由2個參數 dir 和 appendfilename 分別指定目錄 和 文件名
4. AOF方式 預設情況下Redis並沒有開啟。

由於每次改動都會記錄，產生2個問題：

1. 每次改動都寫入硬碟，普通硬碟只能承受幾百次qps。通過寫入策略來調整
2. 對同1個key執行幾次操作就記錄幾次，冗餘量特別大。通過 aof 文件重寫來調整

AOF文件有3種寫入策略：

1. always(每次寫入都會fsync同步到硬碟)
2. everysec(預設，1s寫1次)
3. no(並非不寫，交給系統控制預計30s寫1次)

AOF重寫：

1. 重寫方式
   1. 手動執行 bgrewriteaof 命令
   2. 自動觸發規則(通過指定最小aof文件和aof增長率來自動內部調用 bgrewriteaof)
2. 過程
   1. fork 出子進程
   2. 子進程執行 bgrewriteaof 命令
   3. 父進程將新接收的命令，同時寫到 aof 文件和 aof_rewrite_buffer文件中。(在 aof 重寫時，可配置關閉aof寫入)
   4. 子進程將 aof_rewrite_buffer 文件追加到新 aof 文件中。
   5. 覆蓋舊的 aof 文件

註意：

1. 採用 everysec 方式，最多可能丟失 2s 的數據。

主從複製

為什麼需要主從複製：

通過持久化保證 Redis 在伺服器重啟的情況下數據也不會丟失。但數據在一臺伺服器上，如果伺服器的硬碟壞了,也會導致數據丟失。為了避免單點故障，Redis 提供了主從複製高可用方案。

主從複製結構：

1. 1個 master 可以有多個 slave
2. 1個 slave 只能有1個 master
3. 數據流向單向 master -> slave

開啟複製：

1. 命令：--slaveof ip port
2. 配置：slaveof ip port(預設配置都是master)

關閉複製：

slaveof no one

複製類型：

1. 全量複製(首次 或者 網路斷開時間比較長)
2. 部分複製(在網路抖動一定範圍的情況下,v2.8以上可配置複製緩存區repl-backlog-size)

全量複製過程：

1. slave 節點 發起 psync runid offset：psync ? -1
2. master 節點 返回 fullresync runid offset
3. master 節點 bgsave 保存當前數據到 rdb
4. master 節點 在此期間接收到新的數據存儲到 buffer 中
5. master 節點 send RDB、send buffer
6. slave 節點 flush old data
7. slave 節點 load RDB、load buffer

在master重啟(master 的run_id更新)和slave重啟(slave 的run_id丟失)時都會發生全量複製,通過 info server 可以查看run_id。

部分複製過程：

1. slave 節點 發起 psync runid offset
2. master 節點 確認 runid 和 offset沒問題後，發送增量數據
3. slave 節點 接收同步數據。

當全量複製完成 或 網路抖動一定範圍 時，master 相當於 slave 的 client 進行增量更新數據。

Redis Sentinel

Redis-Sentinel是什麼？

1. Redis-Sentinel是Redis官方推薦的高可用性(HA)解決方案
2. Redis-Sentinel本身也是一個獨立運行的進程，它能監控多個 master-slave 集群，發現 master宕機 後能進行自動故障轉移。

sentinel工作原理：

1. 準備多個Redis Sentinel節點(建議至少3個節點，避免單點故障)
2. 多個 Sentinel 節點發現並確認 master 主觀下線
3. 超過 quorum 個 sentinel 判定確認 客觀下線
4. 選出 1個 sentinel 節點作為領導
5. 選出 1個 slave 節點作為 master
6. 切換 slave 節點的 master 為新的 master
7. 通知 client 主從變化
8. 等待故障的 master 複活成為新的 slave
9. Client 不直接連接 Redis 節點，應該連接 Sentinel 節點獲取 Redis Info

2種下線判定：

1. sdown(subjectively down,主觀下線)：每個 sentinel 判定 redis 節點下線。
2. odown(objectively down,客觀下線)：超過 quorum 個 sentinel 判定 redis 節點下線。

啟動方式：

1. redis-sentinel /path/to/sentinel.conf
2. redis-server /path/to/sentinel.conf --sentinel

三個定時任務：

1. 每個 Sentinel 節點每秒通過 redis 的 __sentinel__:hello 發佈一條消息,宣佈自己的存在。同時也訂閱來確定其他的 Sentinel 節點。
2. 每個 Sentinel 節點每秒對其他 redis 節點執行 ping。確定是否下線。
3. 每個 Sentinel 節點每10秒 對 master 和 slave 執行 info，確定 slaves。

配置模擬：

1. 配置 Redis 開啟主從複製
2. 配置 Sentinel 監控主節點

echo "停止當前所有redis-server + redis-sentinel";
ps -x | grep redis | grep -v grep | awk '{print $1}' | xargs -r kill
echo "生成並啟動3個 redis 配置";
for port in 6379 6380 6381 ;do
echo -e "daemonize yes\nport $port\npidfile /var/run/redis-$port.pid\nlogfile /var/log/redis/redis-$port.log\n" > /etc/redis/redis-$port.conf
if [ $port != 6379 ];then
    echo "slaveof 127.0.0.1 6379" >> /etc/redis/redis-$port.conf
fi
redis-server /etc/redis/redis-$port.conf
done
echo "生成並啟動3個 redis-sentinel 配置";
for port in 26379 26380 26381 ;do
echo -e "daemonize yes\nport $port\ndir /tmp\nsentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2\nsentinel down-after-milliseconds mymaster 3000\nsentinel parallel-syncs mymaster 1\nsentinel failover-timeout mymaster 60000\nlogfile /var/log/redis/sentinel-$port.log\n" > /etc/redis/redis-sentinel-$port.conf
redis-sentinel /etc/redis/redis-sentinel-$port.conf
done
echo "結束";

常用的channel：

• +switch-master：切換主節點
• +convert-to-slave：切換從節點
• +sdown：主觀下線

.NET Core環境開發：

dotnet add package StackExchange.Redis

var options = new ConfigurationOptions()
{
    CommandMap = CommandMap.Sentinel,
    EndPoints = { { "192.168.0.51", 26379}, {"192.168.0.51", 26381}, {"192.168.0.51", 26380} },
    AllowAdmin = true,
    TieBreaker = "",
    ServiceName = "mymaster",
    SyncTimeout = 5000
};

var sentinelConn = ConnectionMultiplexer.Connect(options);
var master = sentinelConn.GetServer("192.168.0.51",26381).SentinelGetMasterAddressByName("mymaster");
// ...
var conn = ConnectionMultiplexer.Connect(master);
sentinelConn.GetSubscriber().Subscribe("+switch-master", (channel, message) =>
{
    // mymaster 192.168.0.51 6380 192.168.0.51 6381
    Console.WriteLine((string)message);
    // ...
    conn = ConnectionMultiplexer.Connect(ip);
    conn.GetDatabase().StringSet("hello","故障切換後值");
});
sentinelConn.GetSubscriber().Subscribe("+convert-to-slave", (channel, message) =>
{
    // slave 192.168.0.51:6379 192.168.0.51 6379 @ mymaster 192.168.0.51 6380
    Console.WriteLine((string)message);
});

conn.GetDatabase().StringSet("hello","原始值");

註意：

1. 所有Sentinel和Redis不能在同一個節點

Redis Cluster

實際上大部分場景下，Redis Sentinel已經足夠好。請根據實際情況採用 Redis Cluster。

Redis Cluster 採用虛擬槽分區方式(16384個虛擬槽)。

原因：

• 需要更高的qps(超過 10w/s)
• 需要更高的數據量(超過 500G)
• 需要更高的帶寬(超過 1000M)

常用命令：

1. redis-cli -h localhost -p 6382 cluster info：查看集群基本信息
2. redis-cli -h localhost -p 6382 cluster slots：查看集群slot信息
3. redis-cli -h localhost -p 6382 cluster nodes：查看集群node信息
4. redis-cli -c：move自動跳轉執行
5. yum install -y redis-trib：官方提供了基於 ruby 的工具方便部署

搭建 Cluster 過程：

1. 配置
   cluster-enabled:yes
cluster-node-timeout 15000
cluster-require-full-coverage no
cluster-config-file node-${port}.conf
2. meet
   redis-cli cluster meet ip port
3. 分配槽(0-16383)
   redis-cli cluster addslots {0....5461}
4. 分配主從(node-id)
   redis-cli cluster replicate {nodeid}

redis-cli 搭建：

echo "停止當前所有redis-server + redis-sentinel";
mkdir /etc/redis
ps -x | grep redis | grep -v grep | awk '{print $1}' | xargs -r kill
sleep 1
echo "啟動6個 redis + meet";
for port in 7000 7001 7002 7003 7004 7005;do
echo -e "daemonize yes\nport $port\npidfile /var/run/redis-$port.pid\nlogfile /var/log/redis/redis-$port.log\ncluster-enabled yes\ncluster-config-file nodes-$port.conf\ncluster-require-full-coverage no" > /etc/redis/redis-$port.conf
redis-server /etc/redis/redis-$port.conf
done

for port in 7000 7001 7002 7003 7004 7005;do
    redis-cli -p $port FLUSHALL
    redis-cli -p $port cluster reset soft
    if [ $port != 7000 ];then
        redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.1 $port
    fi
done
sleep 1

echo "分配 16383 槽";
redis-cli -p 7000 cluster addslots {0..5461}
redis-cli -p 7001 cluster addslots {5462..10922}
redis-cli -p 7002 cluster addslots {10922..16383}

echo "配置 replication"
redis-cli -p 7003 cluster replicate `redis-cli -p 7000 cluster nodes | grep myself | awk '{print $1}'`
redis-cli -p 7004 cluster replicate `redis-cli -p 7001 cluster nodes | grep myself | awk '{print $1}'`
redis-cli -p 7005 cluster replicate `redis-cli -p 7002 cluster nodes | grep myself | awk '{print $1}'`

redis-trib搭建：

1. 準備節點
2. 使用redis-trib搭建
   redis-trib create --replicas 1 127.0.0.1:7000 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

redis-trib create 會自動meet、addslots、replicate。

配置

查看去除註釋的配置：cat /etc/redis.conf | grep -v '^#' | grep -v '^$'

設置配置：config set key value

查詢所有配置：config get *

基礎配置

RDB配置

AOF配置

主從複製配置

Sentinel配置

Cluster配置

常見問題

redis是單線程嗎？為什麼這麼快？

redis其實不是單線程(fsync,bgsave)，一次只能執行一條命令。

慢查詢

查詢慢查詢隊列：slowlog get

客戶端請求的生命周期：

1. 發送命令
2. 排隊
3. 執行命令
4. 返回結果

慢查詢發送在第三個階段(執行命令),客戶端超時不一定是慢查詢。

fork

1. fork本身是同步操作
2. 記憶體越大耗時越長
3. info:latest_fork_usec

規避全量複製

• 首次全量複製：不可避免
• runid 不匹配：故障轉移
• 複製緩衝區不足：配置repl_backlog_size調整大

常用命令

• KEYS pattern ：查詢keys
• DBSIZE ：查詢所有鍵的數量
• EXISTS key ：查詢指定key是否存在
• TYPE key ：查詢key的類型
• DEL key ：刪除指定key
• INFO ：查看server 信息如：INFO memory

INFO 信息：

• used_memory redis 當前使用的記憶體總量
• used_memory_rss redis 當前使用的記憶體總量(包含記憶體碎片)
• used_memory_peak redis 使用的記憶體總量峰值