Redis Sentinel机制与用法

柔光的暖阳◎ 2022-06-07 09:37 106阅读 0赞

## 概述 ##

Redis-Sentinel是Redis官方推荐的高可用性(HA)解决方案，当用Redis做Master-slave的高可用方案时，假如master宕机了，Redis本身(包括它的很多客户端)都没有实现自动进行主备切换，而Redis-sentinel本身也是一个独立运行的进程，它能监控多个master-slave集群，发现master宕机后能进行自懂切换。

它的主要功能有以下几点

*  不时地监控redis是否按照预期良好地运行;
 *  如果发现某个redis节点运行出现状况，能够通知另外一个进程(例如它的客户端);
 *  能够进行自动切换。当一个master节点不可用时，能够选举出master的多个slave(如果有超过一个slave的话)中的一个来作为新的master,其它的slave节点会将它所追随的master的地址改为被提升为master的slave的新地址。  
    <br/>

## Sentinel支持集群 ##

很显然，只使用单个sentinel进程来监控redis集群是不可靠的，当sentinel进程宕掉后(sentinel本身也有单点问题，single-point-of-failure)整个集群系统将无法按照预期的方式运行。所以有必要将sentinel集群，这样有几个好处：

*  即使有一些sentinel进程宕掉了，依然可以进行redis集群的主备切换；
 *  如果只有一个sentinel进程，如果这个进程运行出错，或者是网络堵塞，那么将无法实现redis集群的主备切换（单点问题）;
 *  如果有多个sentinel，redis的客户端可以随意地连接任意一个sentinel来获得关于redis集群中的信息。

## Sentinel版本 ##

Sentinel当前最新的稳定版本称为Sentinel 2(与之前的Sentinel 1区分开来）。随着redis2.8的安装包一起发行。安装完Redis2.8后，可以在redis2.8/src/里面找到Redis-sentinel的启动程序。

> 强烈建议：  
> 如果你使用的是redis2.6(sentinel版本为sentinel 1)，你最好应该使用redis2.8版本的sentinel 2，因为sentinel 1有很多的Bug，已经被官方弃用，所以强烈建议使用redis2.8以及sentinel 2。

## 运行Sentinel ##

运行sentinel有两种方式：

*  第一种
    
        redis-sentinel /path/to/sentinel.conf
 *  第二种
    
        redis-server /path/to/sentinel.conf --sentinel
    
    以上两种方式，都必须指定一个sentinel的配置文件sentinel.conf，如果不指定，将无法启动sentinel。sentinel默认监听26379端口，所以运行前必须确定该端口没有被别的进程占用。

## Sentinel的配置 ##

Redis源码包中包含了一个sentinel.conf文件作为sentinel的配置文件，配置文件自带了关于各个配置项的解释。典型的配置项如下所示：

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

上面的配置项配置了两个名字分别为mymaster和resque的master，配置文件只需要配置master的信息就好啦，不用配置slave的信息，因为slave能够被自动检测到(master节点会有关于slave的消息)。需要注意的是，配置文件在sentinel运行期间是会被动态修改的，例如当发生主备切换时候，配置文件中的master会被修改为另外一个slave。这样，之后sentinel如果重启时，就可以根据这个配置来恢复其之前所监控的redis集群的状态。

接下来我们将一行一行地解释上面的配置项：

sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

这一行代表sentinel监控的master的名字叫做mymaster,地址为127.0.0.1:6379，行尾最后的一个2代表什么意思呢？我们知道，网络是不可靠的，有时候一个sentinel会因为网络堵塞而误以为一个master redis已经死掉了，当sentinel集群式，解决这个问题的方法就变得很简单，只需要多个sentinel互相沟通来确认某个master是否真的死了，这个2代表，当集群中有2个sentinel认为master死了时，才能真正认为该master已经不可用了。（sentinel集群中各个sentinel也有互相通信，通过gossip协议）。

除了第一行配置，我们发现剩下的配置都有一个统一的格式:

sentinel <option_name> <master_name> <option_value>

接下来我们根据上面格式中的option\_name一个一个来解释这些配置项：

*  down-after-milliseconds  
    sentinel会向master发送心跳PING来确认master是否存活，如果master在“一定时间范围”内不回应PONG 或者是回复了一个错误消息，那么这个sentinel会主观地(单方面地)认为这个master已经不可用了(subjectively down, 也简称为SDOWN)。而这个down-after-milliseconds就是用来指定这个“一定时间范围”的，单位是毫秒。

> 不过需要注意的是，这个时候sentinel并不会马上进行failover主备切换，这个sentinel还需要参考sentinel集群中其他sentinel的意见，如果超过某个数量的sentinel也主观地认为该master死了，那么这个master就会被客观地(注意哦，这次不是主观，是客观，与刚才的subjectively down相对，这次是objectively down，简称为ODOWN)认为已经死了。需要一起做出决定的sentinel数量在上一条配置中进行配置。

*  parallel-syncs  
    在发生failover主备切换时，这个选项指定了最多可以有多少个slave同时对新的master进行同步，这个数字越小，完成failover所需的时间就越长，但是如果这个数字越大，就意味着越多的slave因为replication而不可用。可以通过将这个值设为 1 来保证每次只有一个slave处于不能处理命令请求的状态。

其他配置项在sentinel.conf中都有很详细的解释。  
所有的配置都可以在运行时用命令`SENTINEL SET command`动态修改。

## Sentinel的“仲裁会” ##

前面我们谈到，当一个master被sentinel集群监控时，需要为它指定一个参数，这个参数指定了当需要判决master为不可用，并且进行failover时，所需要的sentinel数量，本文中我们暂时称这个参数为票数

不过，当failover主备切换真正被触发后，failover并不会马上进行，还需要sentinel中的大多数sentinel授权后才可以进行failover。  
当ODOWN时，failover被触发。failover一旦被触发，尝试去进行failover的sentinel会去获得“大多数”sentinel的授权（如果票数比大多数还要大的时候，则询问更多的sentinel)  
这个区别看起来很微妙，但是很容易理解和使用。例如，集群中有5个sentinel，票数被设置为2，当2个sentinel认为一个master已经不可用了以后，将会触发failover，但是，进行failover的那个sentinel必须先获得至少3个sentinel的授权才可以实行failover。  
如果票数被设置为5，要达到ODOWN状态，必须所有5个sentinel都主观认为master为不可用，要进行failover，那么得获得所有5个sentinel的授权。

## 配置版本号 ##

为什么要先获得大多数sentinel的认可时才能真正去执行failover呢？

当一个sentinel被授权后，它将会获得宕掉的master的一份最新配置版本号，当failover执行结束以后，这个版本号将会被用于最新的配置。因为大多数sentinel都已经知道该版本号已经被要执行failover的sentinel拿走了，所以其他的sentinel都不能再去使用这个版本号。这意味着，每次failover都会附带有一个独一无二的版本号。我们将会看到这样做的重要性。

而且，sentinel集群都遵守一个规则：如果sentinel A推荐sentinel B去执行failover，B会等待一段时间后，自行再次去对同一个master执行failover，这个等待的时间是通过`failover-timeout`配置项去配置的。从这个规则可以看出，sentinel集群中的sentinel不会再同一时刻并发去failover同一个master，第一个进行failover的sentinel如果失败了，另外一个将会在一定时间内进行重新进行failover，以此类推。

redis sentinel保证了活跃性：如果大多数sentinel能够互相通信，最终将会有一个被授权去进行failover.  
redis sentinel也保证了安全性：每个试图去failover同一个master的sentinel都会得到一个独一无二的版本号。

## 配置传播 ##

一旦一个sentinel成功地对一个master进行了failover，它将会把关于master的最新配置通过广播形式通知其它sentinel，其它的sentinel则更新对应master的配置。

一个faiover要想被成功实行，sentinel必须能够向选为master的slave发送`SLAVE OF NO ONE`命令，然后能够通过`INFO`命令看到新master的配置信息。

当将一个slave选举为master并发送`SLAVE OF NO ONE`\`后，即使其它的slave还没针对新master重新配置自己，failover也被认为是成功了的，然后所有sentinels将会发布新的配置信息。

新配在集群中相互传播的方式，就是为什么我们需要当一个sentinel进行failover时必须被授权一个版本号的原因。

每个sentinel使用\#\#发布/订阅\#\#的方式持续地传播master的配置版本信息，配置传播的\#\#发布/订阅\#\#管道是：`__sentinel__:hello`。

因为每一个配置都有一个版本号，所以以版本号最大的那个为标准。

举个栗子：假设有一个名为mymaster的地址为192.168.1.50:6379。一开始，集群中所有的sentinel都知道这个地址，于是为mymaster的配置打上版本号1。一段时候后mymaster死了，有一个sentinel被授权用版本号2对其进行failover。如果failover成功了，假设地址改为了192.168.1.50:9000，此时配置的版本号为2，进行failover的sentinel会将新配置广播给其他的sentinel，由于其他sentinel维护的版本号为1，发现新配置的版本号为2时，版本号变大了，说明配置更新了，于是就会采用最新的版本号为2的配置。

这意味着sentinel集群保证了第二种活跃性：一个能够互相通信的sentinel集群最终会采用版本号最高且相同的配置。

## SDOWN和ODOWN的更多细节 ##

sentinel对于不可用有两种不同的看法，一个叫主观不可用(SDOWN),另外一个叫客观不可用(ODOWN)。SDOWN是sentinel自己主观上检测到的关于master的状态，ODOWN需要一定数量的sentinel达成一致意见才能认为一个master客观上已经宕掉，各个sentinel之间通过命令`SENTINEL is_master_down_by_addr`来获得其它sentinel对master的检测结果。

从sentinel的角度来看，如果发送了PING心跳后，在一定时间内没有收到合法的回复，就达到了SDOWN的条件。这个时间在配置中通过`is-master-down-after-milliseconds`参数配置。

当sentinel发送PING后，以下回复之一都被认为是合法的：

PING replied with +PONG.
    PING replied with -LOADING error.
    PING replied with -MASTERDOWN error.

其它任何回复（或者根本没有回复）都是不合法的。

从SDOWN切换到ODOWN不需要任何一致性算法，只需要一个gossip协议：如果一个sentinel收到了足够多的sentinel发来消息告诉它某个master已经down掉了，SDOWN状态就会变成ODOWN状态。如果之后master可用了，这个状态就会相应地被清理掉。

正如之前已经解释过了，真正进行failover需要一个授权的过程，但是所有的failover都开始于一个ODOWN状态。

ODOWN状态只适用于master，对于不是master的redis节点sentinel之间不需要任何协商，slaves和sentinel不会有ODOWN状态。

## Sentinel之间和Slaves之间的自动发现机制 ##

虽然sentinel集群中各个sentinel都互相连接彼此来检查对方的可用性以及互相发送消息。但是你不用在任何一个sentinel配置任何其它的sentinel的节点。因为sentinel利用了master的发布/订阅机制去自动发现其它也监控了统一master的sentinel节点。

通过向名为`__sentinel__:hello`的管道中发送消息来实现。

同样，你也不需要在sentinel中配置某个master的所有slave的地址，sentinel会通过询问master来得到这些slave的地址的。

每个sentinel通过向每个master和slave的发布/订阅频道`__sentinel__:hello`每秒发送一次消息，来宣布它的存在。  
每个sentinel也订阅了每个master和slave的频道`__sentinel__:hello`的内容，来发现未知的sentinel，当检测到了新的sentinel，则将其加入到自身维护的master监控列表中。  
每个sentinel发送的消息中也包含了其当前维护的最新的master配置。如果某个sentinel发现  
自己的配置版本低于接收到的配置版本，则会用新的配置更新自己的master配置。

在为一个master添加一个新的sentinel前，sentinel总是检查是否已经有sentinel与新的sentinel的进程号或者是地址是一样的。如果是那样，这个sentinel将会被删除，而把新的sentinel添加上去。

## 网络隔离时的一致性 ##

redis sentinel集群的配置的一致性模型为最终一致性，集群中每个sentinel最终都会采用最高版本的配置。然而，在实际的应用环境中，有三个不同的角色会与sentinel打交道：

*  Redis实例.
 *  Sentinel实例.
 *  客户端.

为了考察整个系统的行为我们必须同时考虑到这三个角色。

下面有个简单的例子，有三个主机，每个主机分别运行一个redis和一个sentinel:

+-------------+
                 | Sentinel 1 | <--- Client A | Redis 1 (M) |
                 +-------------+
                         | |
     +-------------+     | +------------+ | Sentinel 2 |-----+-- / partition / ----| Sentinel 3 | <--- Client B | Redis 2 (S) | | Redis 3 (M)|
     +-------------+                           +------------+

在这个系统中，初始状态下redis3是master, redis1和redis2是slave。之后redis3所在的主机网络不可用了，sentinel1和sentinel2启动了failover并把redis1选举为master。

Sentinel集群的特性保证了sentinel1和sentinel2得到了关于master的最新配置。但是sentinel3依然持着的是就的配置，因为它与外界隔离了。

当网络恢复以后，我们知道sentinel3将会更新它的配置。但是，如果客户端所连接的master被网络隔离，会发生什么呢？

客户端将依然可以向redis3写数据，但是当网络恢复后，redis3就会变成redis的一个slave，那么，在网络隔离期间，客户端向redis3写的数据将会丢失。

也许你不会希望这个场景发生：

*  如果你把redis当做缓存来使用，那么你也许能容忍这部分数据的丢失。
 *  但如果你把redis当做一个存储系统来使用，你也许就无法容忍这部分数据的丢失了。

因为redis采用的是异步复制，在这样的场景下，没有办法避免数据的丢失。然而，你可以通过以下配置来配置redis3和redis1，使得数据不会丢失。

min-slaves-to-write 1
    min-slaves-max-lag 10

通过上面的配置，当一个redis是master时，如果它不能向至少一个slave写数据(上面的min-slaves-to-write指定了slave的数量)，它将会拒绝接受客户端的写请求。由于复制是异步的，master无法向slave写数据意味着slave要么断开连接了，要么不在指定时间内向master发送同步数据的请求了(上面的min-slaves-max-lag指定了这个时间)。

## Sentinel状态持久化 ##

snetinel的状态会被持久化地写入sentinel的配置文件中。每次当收到一个新的配置时，或者新创建一个配置时，配置会被持久化到硬盘中，并带上配置的版本戳。这意味着，可以安全的停止和重启sentinel进程。