Redis(三):Redis replication/主从架构和读写分离原理

x33g5p2x  于9个月前 转载在 Redis  
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写在前面

1、图解redis replication基本原理

2、redis replication的核心机制

3、master持久化对于主从架构的安全保障的意义

redis replication -> 主从架构 -> 读写分离 -> 水平扩容支撑读高并发

1、图解redis replication基本原理

2、redis replication的核心机制

  • redis采用异步方式复制数据到slave节点,不过redis 2.8开始,slave node会周期性地确认自己每次复制的数据量。 
  • 一个master node是可以配置多个slave node的。
  • slave node也可以连接其他的slave node。
  • slave node做复制的时候,是不会block master node的正常工作的。
  • slave node在做复制的时候,也不会block对自己的查询操作,它会用旧的数据集来提供服务; 但是复制完成的时候,需要删除旧数据集,加载新数据集,这个时候就会暂停对外服务了。
  • slave node主要用来进行横向扩容,做读写分离,扩容的slave node可以提高读的吞吐量。
  • slave与高可用性,有很大的关系。

3、master持久化对于主从架构的安全保障的意义

3.1、master必须持久化

如果采用了主从架构,那么建议必须开启master node的持久化!

不建议用slave node作为master node的数据热备,因为那样的话,如果你关掉master的持久化,可能在master宕机重启的时候数据是空的,然后可能一经过复制,salve node数据也丢了。

过程分析:master -> RDB和AOF都关闭了 -> 全部在内存中。当master宕机重启,是没有本地数据可以恢复的,然后就会直接认为自己的数据是空的,然后master就会将空的数据集同步到slave上去,所有slave的数据全部清空。100%的数据丢失。

3.2、master备份

master的各种备份方案,要不要做,万一说本地的所有文件丢失了; 从备份中挑选一份rdb去恢复master; 这样才能确保master启动的时候,是有数据的。即使采用了后续讲解的高可用机制,slave node可以自动接管master node,但是也可能sentinal还没有检测到master failure,master node就自动重启了,还是可能导致上面的所有slave node数据清空故障。

4、主从架构的核心原理

客户端发送请求给master,master写成功后返回ok。然后master异步给slave。  

当启动一个slave node的时候,它会发送一个PSYNC命令给master node,如果这是slave node重新连接master node,那么master node仅仅会复制给slave部分缺少的数据; 否则如果是slave node第一次连接master node,那么会触发一次full resynchronization。

开始full resynchronization的时候,master会启动一个后台线程,开始生成一份内存全量RDB快照文件,同时还会将从客户端收到的所有写命令缓存在内存中。RDB文件生成完毕之后,master会将这个RDB发送给slave,slave会先写入本地磁盘,然后再从本地磁盘加载到内存中。然后master会将内存中缓存的写命令发送给slave,slave也会同步这些数据。

slave node如果跟master node有网络故障,断开了连接,会自动重连。master如果发现有多个slave node都来重新连接,仅仅会启动一个rdb save操作,用一份数据服务所有slave node。

5、主从复制的断点续传

从redis 2.8开始,就支持主从复制的断点续传,如果主从复制过程中,网络连接断掉了,那么可以接着上次复制的地方,继续复制下去,而不是从头开始复制一份。

master node会在内存中创建一个backlog,master和slave都会保存一个replica offset还有一个master id,offset就是保存在backlog中的。如果master和slave网络连接断掉了,slave会让master从上次的replica offset开始继续复制。但是如果没有找到对应的offset,那么就会执行一次resynchronization。

6、无磁盘化复制

master在内存中直接创建rdb,然后发送给slave,master不会将rdb在自己本地落地磁盘了。

repl-diskless-sync no

repl-diskless-sync-delay 5,等待一定时长再开始复制,因为要等更多slave重新连接过来

7、过期key处理

slave不会过期key,只会等待master过期key。如果master过期了一个key,或者通过LRU淘汰了一个key,那么会模拟一条del命令发送给slave。

8、复制的完整流程

  1. slave node启动,仅仅保存master node的信息,包括master node的host和ip,但是复制流程没开始。master host和ip是从哪儿来的,redis.conf里面的slaveof配置的。
  2. slave node内部有个定时任务,每秒检查是否有新的master node要连接和复制,如果发现,就跟master node建立socket网络连接。
  3. slave node发送ping命令给master node。
  4. 口令认证,如果master设置了requirepass,那么salve node必须发送masterauth的口令过去进行认证。
  5. master node第一次执行全量复制,将所有数据同步发给slave node。
  6. master node后续持续将写命令,异步复制给slave node。

9、数据同步相关的核心机制

数据同步:第一次slave连接msater的时候,执行的全量复制,那个过程里面你的一些细节的机制

(1)master和slave都会维护一个offset

master会在自身不断累加offset,slave也会在自身不断累加offset,slave每秒都会上报自己的offset给master,同时master也会保存每个slave的offset,这个倒不是说特定就用在全量复制的,主要是master和slave都要知道各自的数据的offset,才能知道互相之间的数据不一致的情况。

(2)backlog

master node有一个backlog,默认是1MB大小。master node给slave node复制数据时,也会将数据在backlog中同步写一份。backlog主要是用来做全量复制中断后的增量复制的。

(3)master run_id

在info server文件里可以看到master run id,即run_id:cdon4535onoi4n5n3o63j6j3jt。

根据host+ip定位master node是不靠谱的,如果master node重启或者数据出现了变化,那么slave node应该根据不同的run id区分,run id不同就做全量复制。如果需要不更改run id重启redis,可以使用redis-cli debug reload命令。

      开始master同步给slave100w条数据,然后master发现20w数据错误,则master从备份中取出一份备份数据到master中,此时master中数据变了而且run_id也变了。则slave发现run_id变了就触发全量复制,因为offset和master不一致了。

(4)psync

从节点使用psync从master node进行复制,psync runid offset

master node会根据自身的情况返回响应信息,可能是fullresync runid offset触发全量复制,可能是continue触发增量复制。

10、全量复制

  1. master执行bgsave,在本地生成一份rdb快照文件。
  2. master node将rdb快照文件发送给salve node,如果rdb复制时间超过60秒(repl-timeout),那么slave node就会认为复制失败,可以适当调节大这个参数。
  3. 对于千兆网卡的机器,一般每秒传输100MB,6G文件,很可能超过60s。
  4. master node在生成rdb时,会将所有新的写命令缓存在内存中,在salve node保存了rdb之后,再将新的写命令复制给salve node。
  5. client-output-buffer-limit slave 256MB 64MB 60,如果在复制期间,内存缓冲区持续消耗超过64MB,或者一次性超过256MB,那么停止复制,复制失败。
  6. slave node接收到rdb之后,清空自己的旧数据,然后重新加载rdb到自己的内存中,同时基于旧的数据版本对外提供服务。
  7. 如果slave node开启了AOF,那么会立即执行bgrewriteaof,重写AOF,rdb生成、rdb通过网络拷贝、slave旧数据的清理、slave aof rewrite,很耗费时间。如果复制的数据量在4G~6G之间,那么很可能全量复制时间消耗到1分半到2分钟

11、增量复制

  1. 如果全量复制过程中,master-slave网络连接断掉,那么salve重新连接master时,会触发增量复制
  2. master直接从自己的backlog中获取部分丢失的数据,发送给slave node,默认backlog就是1MB
  3. msater就是根据slave发送的psync中的offset来从backlog中获取数据的。

12、heartbeat

主从节点互相都会发送heartbeat信息。

master默认每隔10秒发送一次heartbeat,salve node每隔1秒发送一个heartbeat

13、异步复制

master每次接收到写命令之后,现在内部写入数据,然后异步发送给slave node

14、redis读写分离架构

一主一从,往主节点去写,在从节点去读,可以读到,主从架构就搭建成功。

14.1、启用复制,部署slave node

wget http://downloads.sourceforge.net/tcl/tcl8.6.1-src.tar.gz

tar -xzvf tcl8.6.1-src.tar.gz

cd  /usr/local/tcl8.6.1/unix/

./configure  

make && make install

使用redis-3.2.8.tar.gz(截止2017年4月的最新稳定版)

tar -zxvf redis-3.2.8.tar.gz

cd redis-3.2.8

make && make test && make install

(1)redis utils目录下,有个redis_init_script脚本

(2)将redis_init_script脚本拷贝到linux的/etc/init.d目录中,将redis_init_script重命名为redis_6379,6379是我们希望这个redis实例监听的端口号

(3)修改redis_6379脚本的第6行的REDISPORT,设置为相同的端口号(默认就是6379)

(4)创建两个目录:/etc/redis(存放redis的配置文件),/var/redis/6379(存放redis的持久化文件)

(5)修改redis配置文件(默认在根目录下,redis.conf),拷贝到/etc/redis目录中,修改名称为6379.conf

(6)修改redis.conf中的部分配置为生产环境

daemonize yes 让redis以daemon进程运行

pidfile /var/run/redis_6379.pid 设置redis的pid文件位置

port 6379 设置redis的监听端口号

dir /var/redis/6379 设置持久化文件的存储位置

(7)让redis跟随系统启动自动启动

在redis_6379脚本中,最上面,加入两行注释

/# chkconfig:   2345 90 10

/# description:  Redis is a persistent key-value database

chkconfig redis_6379 on

在slave node上配置:slaveof 192.168.1.1 6379,即可

也可以使用slaveof命令

14.2、强制读写分离

基于主从复制架构,实现读写分离

redis slave node只读,默认开启,slave-read-only

开启了只读的redis slave node,会拒绝所有的写操作,这样可以强制搭建成读写分离的架构。

14.3、集群安全认证

master上启用安全认证,requirepass

master连接口令,masterauth

14.4、读写分离架构的测试

先启动主节点,eshop-cache01上的redis实例

再启动从节点,eshop-cache02上的redis实例

刚才我调试了一下,redis slave node一直说没法连接到主节点的6379的端口

在搭建生产环境的集群的时候,不要忘记修改一个配置,bind

bind 127.0.0.1 -> 本地的开发调试的模式,就只能127.0.0.1本地才能访问到6379的端口

每个redis.conf中的bind 127.0.0.1 -> bind自己的ip地址

在每个节点上都: iptables -A INPUT -ptcp --dport  6379 -j ACCEPT

redis-cli -h ipaddr

info replication

在主上写(set k1 v1),在从上读(get k1)

15、公司集群配置

1、很多公司里,给一些低配置的服务器,操作复杂度。大公司里,都是公司会提供统一的云平台,比如京东、腾讯、BAT、其他的一些、小米、美团,虚拟机,低配。搭建一些集群,专门为某个项目,搭建的专用集群,4核4G内存,比较复杂的操作,数据比较大,几万,单机做到,差不多了

redis提供的高并发,至少到上万,没问题,几万~十几万/二十万不等

QPS,自己不同公司,不同服务器,自己去测试,跟生产环境还有区别

生产环境,大量的网络请求的调用,网络本身就有开销,你的redis的吞吐量就不一定那么高了

QPS的两个杀手:一个是复杂操作,lrange,挺多的; value很大,2 byte,我之前用redis做大规模的缓存。做商品详情页的cache,可能是需要把大串数据,拼接在一起,作为一个json串,大小可能都几k,几个byte。

2、水平扩容redis读节点,提升度吞吐量

就按照上一节课讲解的,再在其他服务器上搭建redis从节点,单个从节点读请QPS在5万左右,两个redis从节点,所有的读请求打到两台机器上去,承载整个集群读QPS在10万+。

16、什么是99.99%高可用?

16.1、系统不可用含义

16.2、架构上,高可用性,99.99%的高可用性

高可用:出现问题时瞬间恢复,或者过几分钟就恢复。

99.99%:系统可用的时间 / 系统故障的时间,365天,在365天 /* 99.99%的时间内,你的系统都是可以哗哗对外提供服务的,那就是高可用性,99.99%

系统可用的时间 / 总的时间 = 高可用性。 

16.3、redis不可用是什么?单实例不可用?主从架构不可用?不可用的后果是什么? 

当一个slave挂掉了,不用影响可用性,因为还有其他slave在提供相同数据下的相同对外的查询服务。

redis不可用:master node死掉了即不可用。则缓存不可用,高并发高性能缓存不可用,则大量流量超过mysql最大承载能力的大并发大流量涌入mysql,导致mysql宕机。则系统不可用。

16.4、redis基于哨兵的高可用

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