Redis(性能管理、主从复制、哨兵模式)概述及部署

一、性能管理

1、查看Redis内存使用

192.168.10.100:6379> info memory    ###查看redis内存使用情况
# Memory
used_memory:853320
used_memory_human:833.32K
......

2、内存碎片率

操作系统分配的内存值 used_memory_rss 除以 Redis 使用的内存总量值 used_memory 计算得出。
内存值 used_memory_rss 表示该进程所占物理内存的大小，即为操作系统分配给 Redis 实例的内存大小。

除了用户定义的数据和内部开销以外，used_memory_rss 指标还包含了内存碎片的开销， 内存碎片是由操作系统低效的分配/回收物理内存导致的（不连续的物理内存分配）。

举例来说：Redis 需要分配连续内存块来存储 1G 的数据集。如果物理内存上没有超过 1G 的连续内存块， 那操作系统就不得不使用多个不连续的小内存块来分配并存储这 1G 数据，该操作就会导致内存碎片的产生。

3、跟踪内存碎片率

跟踪内存碎片率对理解Redis实例的资源性能是非常重要的：

• 内存碎片率稍大于1是合理的，这个值表示内存碎片率比较低，也说明 Redis 没有发生内存交换。
• 内存碎片率超过1.5，说明Redis消耗了实际需要物理内存的150%，其中50%是内存碎片率。需要在redis-cli工具上输入shutdown save 命令，让 Redis 数据库执行保存操作并关闭 Redis 服务，再重启服务器。
• 内存碎片率低于1的，说明Redis内存分配超出了物理内存，操作系统正在进行内存交换。需要增加可用物理内存或减少 Redis 内存占用。

4、内存使用率

redis实例的内存使用率超过可用最大内存，操作系统将开始进行内存与swap空间交换。

避免内存交换发生的方法：

• 针对缓存数据大小选择安装 Redis 实例
• 尽可能的使用Hash数据结构存储
• 设置key的过期时间

5、内回收key

内存清理策略，保证合理分配redis有限的内存资源。

达到设置的最大阀值时，需选择一种key的回收策略，默认情况下回收策略是禁止删除。

配置文件中修改maxmemory-policy属性值：

vim /etc/redis/6379.conf
--598--
maxmemory-policy noenviction
●volatile-lru：使用LRU算法从已设置过期时间的数据集合中淘汰数据(移除最近最少使用的key，针对设置了TTL的key)
●volatile-ttl：从已设置过期时间的数据集合中挑选即将过期的数据淘汰（移除最近过期的key）
●volatile-random：从已设置过期时间的数据集合中随机挑选数据淘汰（在设置了TTL的key里随机移除）
●allkeys-lru：使用LRU算法从所有数据集合中淘汰数据（移除最少使用的key，针对所有的key）
●allkeys-random：从数据集合中任意选择数据淘汰（随机移除key）
●noenviction：禁止淘汰数据（不删除直到写满时报错）

二、Redis集群有三种模式

redis群集有三种模式，分别是主从同步/复制、哨兵模式、Cluster，下面会讲解一下三种模式的工作方式，以及如何搭建cluster群集

• 主从复制：主从复制是高可用Redis的基础，哨兵和集群都是在主从复制基础上实现高可用的。主从复制主要实现了数据的多机备份，以及对于读操作的负载均衡和简单的故障恢复。
  • 缺陷：故障恢复无法自动化；写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
• 哨兵：在主从复制的基础上，哨兵实现了自动化的故障恢复。
  • 缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制；哨兵无法对从节点进行自动故障转移，在读写分离场景下，从节点故障会导致读服务不可用，需要对从节点做额外的监控、切换操作。
• 集群：通过集群，Redis解决了写操作无法负载均衡，以及存储能力受到单机限制的问题，实现了较为完善的高可用方案。

三、Redis主从复制

1、主从复制的概念

主从复制，是指将一台Redis服务器的数据，复制到其他的Redis服务器。前者称为主节点(Master)，后者称为从节点(Slave)；数据的复制是单向的，只能由主节点到从节点。

默认情况下，每台Redis服务器都是主节点；且一个主节点可以有多个从节点(或没有从节点)，但一个从节点只能有一个主节点。

2、主从复制的作用

• 数据冗余：主从复制实现了数据的热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式。
• 故障恢复：当主节点出现问题时，可以由从节点提供服务，实现快速的故障恢复；实际上是一种服务的冗余。
• 负载均衡：在主从复制的基础上，配合读写分离，可以由主节点提供写服务，由从节点提供读服务（即写Redis数据时应用连接主节点，读Redis数据时应用连接从节点），分担服务器负载；尤其是在写少读多的场景下，通过多个从节点分担读负载，可以大大提高Redis服务器的并发量。
• 高可用基石：除了上述作用以外，主从复制还是哨兵和集群能够实施的基础，因此说主从复制是Redis高可用的基础。

3、主从复制的流程

1. 若启动一个Slave机器进程，则它会向Master机器发送一个“sync command”命令，请求同步连接。
2. 无论是第一次连接还是重新连接，Master机器都会启动一个后台进程，将数据快照保存到数据文件中（执行rdb操作），同时Master还会记录修改数据的所有命令并缓存在数据文件中。
3. 后台进程完成缓存操作之后，Master机器就会向Slave机器发送数据文件，Slave端机器将数据文件保存到硬盘上，然后将其加载到内存中，接着Master机器就会将修改数据的所有操作一并发送给Slave端机器。若Slave出现故障导致宕机，则恢复正常后会自动重新连接。
4. Master机器收到Slave端机器的连接后，将其完整的数据文件发送给Slave端机器，如果Mater同时收到多个Slave发来的同步请求，则Master会在后台启动一个进程以保存数据文件，然后将其发送给所有的Slave端机器，确保所有的Slave端机器都正常。

4、搭建Redis主从复制

1.环境准备

2.安装Redis（所有主机）

首先给每台主机添加域名

vim /etc/hosts  ##配置域名、地址

192.168.10.100 redis-master
192.168.10.101 redis-slave1
192.168.10.102 redis-slave2

systemctl stop firewalld
setenforce 0
yum install -y gcc gcc-c++ make 
cd /opt/
tar zxvf redis-5.0.7.tar.gz 
cd /opt/redis-5.0.7/
make 
make PREFIX=/usr/local/redis install 
cd  /opt/redis-5.0.7/utils
./install_server.sh
#请按四次回车，

3.修改Redis配置文件(Master节点)

vim /etc/redis/6379.conf                ##配置文件路径

bind 0.0.0.0                            ##70行， 修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes                           ##137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log         ##172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379                 ##264行，指定工作目录
appendonly yes                          ##700行，开启AOF持久化功能
/etc/init.d/redis_6379 restart          ##重启服务

4.修改Redis配置文件(slave节点操作)

vim /etc/redis/6379.conf                     ##配置文件路径（slave1和slave2同时操作）

bind 0.0.0.0                                 ##70行， 修改监听地址为0.0.0.0
daemonize yes                                ##137行，开启守护进程
logfile /var/log/redis_6379.log              ##172行，指定日志文件目录
dir /var/lib/redis/6379                      ##264行，指定工作目录
replicaof 192.168.10.100  6379               ##288行，指定要同步的master节点ip和端口号
appendonly yes                               ##700行，开启AOF持久化功能

5.验证主从效果

在Master节点上看 日志

在Master节点上验证从节点

创建数据验证

四、Redis哨兵模式

主从切换技术的方法是：当服务器宕机后，需要手动一台从机切换为主机，这需要人工干预，不仅费时费力而且还会造成一段时间内服务不可用。为了解决主从复制的缺点，就有了哨兵机制。

哨兵的核心功能：在主从复制的基础上，哨兵引入了主节点的自动故障转移。

1、哨兵模式的原理

哨兵(sentinel):是一个分布式系统，用于对主从结构中的每台服务器进行监控，当出现故障时通过投票机制选择新的 Master并将所有slave连接到新的 Master。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。

2、哨兵模式的作用

• 监控：哨兵会不断地检查主节点和从节点是否运作正常。
• 自动故障转移：当主节点不能正常工作时，哨兵会开始自动故障转移操作，它会将失效主节点的其中一个从节点升级为新的主节点，并让其它从节点改为复制新的主节点。
• 通知(提醒)：哨兵可以将故障转移的结果发送给客户端。

3、哨兵结构由两部分组成，哨兵节点和数据节点

• 哨兵节点：哨兵系统由一个或多个哨兵节点组成，哨兵节点是特殊的redis节点，不存储数据。
• 数据节点：主节点和从节点都是数据节点。

哨兵的启动依赖于主从模式，所以须把主从模式安装好的情况下再去做哨兵模式，
所有节点上都需要部署哨兵模式，哨兵模式会监控所有的Redis 工作节点是否正常，
当Master 出现问题的时候，因为其他节点与主节点失去联系，因此会投票，
投票过半就认为这个 Master 的确出现问题，然后会通知哨兵间，
然后从Slaves中选取一个作为新的 Master。

4、故障转移机制

1. 由哨兵节点定期监控发现主节点是否出现了故障每个哨兵节点每隔1秒会向主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做一次心跳检测。如果主节点在一定时间范围内不回复或者是回复一个错误消息，那么这个哨兵就会认为这个主节点主观下线了（单方面的）。当超过半数哨兵节点认为该主节点主观下线了，这样就客观下线了。
2. 当主节点出现故障，此时哨兵节点会通过Raft算法（选举算法）实现选举机制共同选举出一个哨兵节点为leader，来负责处理主节点的故障转移和通知。所以整个运行哨兵的集群的数量不得少于3个节点。
3. 由leader哨兵节点执行故障转移，过程如下：

• 将某一个从节点升级为新的主节点，让其它从节点指向新的主节点；
• 若原主节点恢复也变成从节点，并指向新的主节点；
• 通知客户端主节点已经更换。

需要特别注意的是，客观下线是主节点才有的概念；如果从节点和哨兵节点发生故障，被哨兵主观下线后，不会再有后续的客观下线和故障转移操作。

一、哨兵对主从复制集群进行监控
   监控对象：‘所有redis数据节点’

二、哨兵与哨兵之间进行相互监控
   监控对象：‘哨兵彼此’

三、监控目的
   3.1哨兵与哨兵之间的监控目的：检测彼此的存活状态
   3.2哨兵监控所有的redis数据库的目的：为了实现故障自动故障切换
         故障切换原理
         ① 当master挂掉，哨兵及时发现，发现之后 进行投票机制，选举出一个新的master服务器(一定是基数)
         ② 当完成了slave--->master的从 向主进行切换
         ③ 完成其他的从服务器对新的master进行修改配置

5、主节点选举

1. 过滤掉不健康的（已下线的），没有回复哨兵 ping 响应的从节点。
2. 选择配置文件中从节点优先级配置最高的。（replica-priority，默认值为100）
3. 选择复制偏移量最大，也就是复制最完整的从节点。

哨兵的启动依赖于主从模式，所以须把主从模式安装好的情况下再去做哨兵模式

6、搭建Redis哨兵模式

1.环境准备

systemctl stop firewalld          ##关闭防火墙
systemctl disable firewalld       ##开机不自启
setenforce 0                      ##关闭核心防护

2.修改 Redis 哨兵模式的配置文件（所有节点操作）

######三台修改一样的配置文件及内容##########

cd /opt/redis-5.0.7/

cp sentinel.conf sentinel.conf.bak     ##先将配置文件备份一份，以免后面出错


vim /opt/redis-5.0.7/sentinel.conf

protected-mode no                                  ##17行， 去掉前面的注释，关闭保护模式
port 26379                                         ##21行， Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes                                      ##26行， 指定sentinel为后台启动
pidfile /var/run/redis-sentinel.pid                ##31行， 指定pid文件
logfile "/var/log/sentinel.log"                    ##36行， 指定日志存放路径
dir /var/lib/redis/6379                            ##65行， 指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.10.100 6379 2    ##84行， 修改 指定该哨兵节点监控192.168.10.100  6379这个主节点，该主节点的名称是mymaster，最后的2的含义与主节点的故障判定有关：至少需要2个哨兵节点同意，才能判定主节点故障并进行故障转移  
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000    ##113行，判定服务器down掉的时间周期，默认为30000毫秒（30秒）
sentinel failover-timeout mymaster 180000          ##146行，故障节点的最大超时时间为180000毫秒（180秒）

3.启动哨兵模式

注意：先启master，再启slave
cd /opt/redis-5.0.7/
redis-sentinel sentinel.conf &  ##使用后台方式启动
ps -ef|grep redis

4.查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info Sentinel

5.故障模拟

查看并杀死master节点的redis-server

ps -ef |grep redis
kill -9 1864

再次查看哨兵信息

redis-cli -p 26379 info sentinel   ##查看哨兵信息

也可以在日志查看

tail -f /var/log/sentinel.log

6.小结

哨兵模式基于主从复制，但主从复制在单点故障后无法自动恢复，导致服务无法实现高可用性；
哨兵模式基于主从复制基础之上，添加哨兵节点检测，
当master宕机后，哨兵节点会通过投票选举方式，选举出新的master服务，保证服务的高可用性

总结：

1、主从复制

redis主从复制 是为了数据冗余和读写分离

在这两种模式中，有两种角色主节点（master）和从节点（slave），主节点负责处理写的操作

并将数据更改复制到一个或多个从节点。

这样我们的主节点负载减轻，从节点可以提供数据读取服务，实现读写分离，如果主节点停止服务，从节点之一可以立即接管主节点的角色，再继续提供服务

• 从节点启动成功连接主节点后，发送一个sync命令
• 主节点接受到sync的命令后开始在后台保存快照，同时,它也开始记录接收到rsnc后所有执行写的命令，快照完成后会将这个快照文件发送给从节点。
• 从节点收到快照文件之后开始载入，并持续接受主节点发送过来的新的写命令执行
• 总的来说 通过主从复制，redis 能够实现数据的备份（master 产生的数据能slave备份），负责均衡（读操作可以分摊到slave上去）和高可用（master宕机后，可以由slave进行故障切换）

2、哨兵模式

哨兵是一个高可用的行解决方案 官方认可 默认模式

1. 监控：redis 哨兵 会持续监控master和slave实例是否正常运行
2. 通知：如某个redis实例有问题，哨兵可以通过API向管理员或者其他应用发信通知
3. 自动故障转移：如果master节点不工作，哨兵会开始故障转移的过程，选择一个slave节点晋升为新的master，其他剩余slave的节点会被重新配置为新的master节点的slave
4. 配置提供服务:客户端可以使用哨兵来查询被认证的master节点该master节点的目录所有的slave节点

redis 哨兵是一个用于管理多个reids服务的系统，它提供监控、通知、自动故障转移、配置提供服务的功能，以实现redis高可用性