Redis哨兵机制原理详解

电玩女神 2023-01-04 14:54 120阅读 0赞

### 一、什么是哨兵模式： ###

1、哨兵模式的架构：

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2、什么是哨兵模式：

在主从模式下（主从模式就是把上图的所有哨兵去掉），master节点负责写请求，然后异步同步给slave节点，从节点负责处理读请求。如果master宕机了，需要手动将从节点晋升为主节点，并且还要切换客户端的连接数据源。这就无法达到高可用，而通过哨兵模式就可以解决这一问题。

哨兵模式是Redis的高可用方式，哨兵节点是特殊的redis服务，不提供读写服务，主要用来监控redis实例节点。 哨兵架构下client端第一次从哨兵找出redis的主节点，后续就直接访问redis的主节点，不会每次都通过sentinel代理访问redis的主节点，当redis的主节点挂掉时，哨兵会第一时间感知到，并且在slave节点中重新选出来一个新的master，然后将新的master信息通知给client端，从而实现高可用。这里面redis的client端一般都实现了订阅功能，订阅sentinel发布的节点变动消息。

3、哨兵的主要工作任务：

> **（1）监控：**哨兵会不断地检查你的Master和Slave是否运作正常。
> 
> **（2）提醒：**当被监控的某个Redis节点出现问题时，哨兵可以通过 API 向管理员或者其他应用程序发送通知。
> 
> **（3）自动故障迁移：**当一个Master不能正常工作时，哨兵会进行自动故障迁移操作，将失效Master的其中一个Slave升级为新的Master，并让失效Master的其他Slave改为复制新的Master；当客户端试图连接失效的Master时，集群也会向客户端返回新Master的地址，使得集群可以使用新Master代替失效Master。

### 二、哨兵模式的搭建： ###

1、配置sentinel.conf文件，配件需要监听的主从的master节点

> sentinel monitor <master‐name> <ip> <redis‐port> <quorum>
> 
> （1）master‐name：主节点master的名字
> 
> （2）quorum：哨兵集群中多少个sentinel 认为 master 失效才判定为客观下线，一般配节点数/2+1，也就是说大于半数

2、如果主从master设置了密码，还需要配置：

> sentinel auth-pass <master-name> <password>

由于master挂了之后，哨兵会进行重新的选举，如果slave也配置了连接密码，那么最好在其他的节点都配置上 masterauth xxx，保证挂了的服务重启之后能正常加入主从中去

3、修改心跳检测的主观下线时间（后续讲原理的时候会详细讲到）：

> sentinel down-after-milliseconds <master-name> <time>
> 
> （1）time：主观下线阈值，单位为毫秒ms

4、从服务器的个数配置：

> sentinel parallel-syncs mymaster 2

5、启动指定的哨兵配置文件启动哨兵：

> ./redis-server sentinel.conf --sentinel &

6、查看状态信息：

配置完之后，进入./redis-cli，输入info命令，查看哨兵的状态信息

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再使用同样的配置文件，启动另外两个哨兵，在查看信息之后会发现哨兵数量变成3个

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7、Java客户端连接哨兵模式，只需要配置哨兵节点即可

> spring.redis.sentinel.master=mymaster \#哨兵配置中集群名字   
> spring.redis.sentinel.nodes=哨兵ip1:哨兵端口1,哨兵ip2:哨兵端口2,哨兵ip3:哨兵端口3

### 三、哨兵模式的工作原理： ###

哨兵是一个分布式系统，可以在一个架构中运行多个哨兵进程，这些进程使用流言协议(gossip protocols)来传播Master是否下线的信息，并使用投票协议(agreement protocols)来决定是否执行自动故障迁移，以及选择哪个Slave作为新的Master。哨兵模式的具体工作原理如下：

1、心跳机制：

（1）Sentinel 与 Redis Node：Redis Sentinel 是一个特殊的 Redis 节点。在哨兵模式创建时，需要通过配置指定 Sentinel 与 Redis Master Node 之间的关系，然后 Sentinel 会从主节点上获取所有从节点的信息，之后 Sentinel 会定时向主节点和从节点发送 info 命令获取其拓扑结构和状态信息。

（2）Sentinel与Sentinel：基于 Redis 的订阅发布功能， 每个 Sentinel 节点会向主节点的 sentinel：hello 频道上发送该 Sentinel 节点对于主节点的判断以及当前 Sentinel 节点的信息 ，同时每个 Sentinel 节点也会订阅该频道， 来获取其他 Sentinel 节点的信息以及它们对主节点的判断

> 通过以上两步所有的 Sentinel 节点以及它们与所有的 Redis 节点之间都已经彼此感知到，之后每个 Sentinel 节点会向主节点、从节点、以及其余 Sentinel 节点定时发送 ping 命令作为心跳检测， 来确认这些节点是否可达。

**2、判断master节点是否下线：**

（1）每个 sentinel 哨兵节点每隔1s 向所有的master、slave以及其他 sentinel 节点发送一个PING命令，作用是通过心跳检测，检测主从服务器的网络连接状态

（2）如果 master 节点回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 设定的阈值（默认30s），则这个 master 会被 sentinel 标记为主观下线，修改其 flags 状态为SRI\_S\_DOWN

（3）当sentinel 哨兵节点将 master 标记为主观下线后，会向其余所有的 sentinel 发送sentinel is-master-down-by-addr消息，询问其他sentinel是否同意该master下线

> 发送命令：sentinel is-master-down-by-addr <ip> <port> <current\_epoch> <runid>
> 
> ip：主观下线的服务ip
> 
> port：主观下线的服务端口
> 
> current\_epoch：sentinel的纪元
> 
> runid：\*表示检测服务下线状态，如果是sentinel的运行id，表示用来选举领头sentinel

（4）每个sentinel收到命令之后，会根据发送过来的 ip和port 检查自己判断的结果，回复自己是否认为该master节点已经下线了

> 回复内容主要包含三个参数（由于上面发送的runid参数是\*，这里先忽略后两个参数）
> 
> down\_state（1表示已下线，0表示未下线）
> 
> leader\_runid（领头sentinal id）
> 
> leader\_epoch（领头sentinel纪元）。

（5）sentinel收到回复之后，如果同意master节点进入主观下线的sentinel数量大于等于quorum，则master会被标记为客观下线，即认为该节点已经不可用。

（6）在一般情况下，每个 Sentinel 每隔 10s 向所有的Master，Slave发送 INFO 命令。当Master 被 Sentinel 标记为客观下线时，Sentinel 向下线的 Master 的所有 Slave 发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。作用：发现最新的集群拓扑结构

**3、基于Raft算法选举领头sentinel：**

到现在为止，已经知道了master客观下线，那就需要一个sentinel来负责故障转移，那到底是哪个sentinel节点来做这件事呢？需要通过选举实现，具体的选举过程如下：

（1）判断客观下线的sentinel节点向其他 sentinel 节点发送 SENTINEL is-master-down-by-addr ip port current\_epoch runid

> 注意：这时的runid是自己的run id，每个sentinel节点都有一个自己运行时id

（2）目标sentinel回复是否同意master下线并选举领头sentinel，选择领头sentinel的过程符合先到先得的原则。举例：sentinel1判断了客观下线，向sentinel2发送了第一步中的命令，sentinel2回复了sentinel1，说选你为领头，这时候sentinel3也向sentinel2发送第一步的命令，sentinel2会直接拒绝回复

（3）当sentinel发现选自己的节点个数超过 majority 的个数的时候，自己就是领头节点

（4）如果没有一个sentinel达到了majority的数量，等一段时间，重新选举

**4、故障转移：**

有了领头sentinel之后，下面就是要做故障转移了，故障转移的一个主要问题和选择领头sentinel问题差不多，到底要选择哪一个slaver节点来作为master呢？按照我们一般的常识，我们会认为哪个slave节点中的数据和master中的数据相识度高哪个slaver就是master了，其实哨兵模式也差不多是这样判断的，不过还有别的判断条件，详细介绍如下：

（1）在进行选择之前需要先剔除掉一些不满足条件的slaver，这些slaver不会作为变成master的备选

>  *  剔除列表中已经下线的从服务
>  *  剔除有5s没有回复sentinel的info命令的slave
>  *  剔除与已经下线的主服务连接断开时间超过 down-after-milliseconds \* 10 + master宕机时长 的slaver

（2）选主过程：

> ① 选择优先级最高的节点，通过sentinel配置文件中的replica-priority配置项，这个参数越小，表示优先级越高
> 
> ② 如果第一步中的优先级相同，选择offset最大的，offset表示主节点向从节点同步数据的偏移量，越大表示同步的数据越多
> 
> ③ 如果第二步offset也相同，选择run id较小的

**5、修改配置：**

新的master节点选择出来之后，还需要做一些事情配置的修改，如下：

（1）领头sentinel会对选出来的从节点执行slaveof no one 命令让其成为主节点

（2）领头sentinel 向别的slave发送slaveof命令，告诉他们新的master是谁谁谁，你们向这个master复制数据

（3）如果之前的master重新上线时，领头sentinel同样会给起发送slaveof命令，将其变成从节点

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