超全面分布式緩存高可用方案：哨兵機制

作者：佚名 2020-11-26 09:38:19

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分布式 開發(fā)工作中對于分布式緩存高可用方案（搭建Redis緩存高可用方案），Redis主從架構(gòu)下是如何保證高可用的呢？

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 開發(fā)工作中對于分布式緩存高可用方案（搭建Redis緩存高可用方案），Redis主從架構(gòu)下是如何保證高可用的呢？

我們知道是應用了哨兵機制來實現(xiàn)。那Redis 服務部署的哨兵模式主要是什么，又解決了什么問題呢，于是利用周末時間整理了下，相信看完這篇文章，你也可以去給別人做技術(shù)分享了。O(∩_∩)O哈哈~

問題鋪墊

在討論哨兵模式之前，我們先來看一個應用問題： Redis服務主機宕機

實際使用過程中，會出現(xiàn)master宕機的情況（這樣會導致沒有寫服務，只有讀服務）。那我們要保證服務的可用，就需要從其他salve節(jié)點中選取一個來作為master節(jié)點，來繼續(xù)提供服務能力。

那主要的動作抽象下：

• 將宕機的master下線

• 找一個slave作為master

• 通知所有的slave連接新的master

• 全量數(shù)據(jù)或者部分數(shù)據(jù)同步

其中存在幾個問題：

• 誰來確認master宕機？（假如僅僅是網(wǎng)絡(luò)抖動了一下，就把我宕掉么？）

• 如何從slave中找一個master代替，誰來找？怎么找？有什么依據(jù)？

• 修改配置后，原始的主恢復了怎么辦？

其實引入 哨兵機制 ，就可以很好的解決上述問題。

哨兵-Redis集群

什么是哨兵？

Sentinel（哨兵）是Redis 的高可用性解決方案：由一個或多個Sentinel 實例組成的Sentinel 系統(tǒng)可以監(jiān)視任意多個主服務，以及這些主服務器屬下的所有從服務，并在被監(jiān)視的主服務進入下線（不可服務）狀態(tài)時，自動將下線主服務器屬下的某個從服務器升級為新的主服務器。

總結(jié)一下哨兵的作用：

• 集群監(jiān)控

不斷的檢查master和slave是否正常運行（master存活檢測、master與slave運行情況檢測）

• 消息通知

當被監(jiān)控的服務器出現(xiàn)問題時，向其他哨兵、客戶端發(fā)送通知

• 自動故障轉(zhuǎn)移

斷開故障master與slave的連接，選取一個slave作為新master，將其他slave連接到新的master并告知客戶端新的服務器地址。

注意：哨兵也是一臺Redis服務器，只是不提供數(shù)據(jù)服務；通常哨兵配置的數(shù)量為單數(shù)。

哨兵的工作原理

下面主要針對哨兵在進行故障轉(zhuǎn)移過程中經(jīng)歷的三個階段分別進行闡述。

1、集群監(jiān)控

step1：哨兵1連接到Redis集群

• 發(fā)送info命令到master，并建立cmd連接；

• 哨兵端保存哨兵狀態(tài)（SentinelStatus），保存所有哨兵狀態(tài)，主節(jié)點和從節(jié) 點的信息；master端會記錄 redis 實例的信息（SentinelRedisInstance）；

• 哨兵根據(jù)master中獲取的每個slave信息，去連接每個slave，發(fā)送同樣也是info命令。

集群監(jiān)控

step2：哨兵2加入進來后

• 同樣會發(fā)送info命令到master節(jié)點，并建立cmd連接；

• 發(fā)現(xiàn)master中存在其他哨兵節(jié)點的信息，哨兵2中保存哨兵信息（區(qū)別與哨兵1的是它保存了哨兵1和哨兵2的2個哨兵節(jié)點信息）；

• 為了每個哨兵的信息都一致它們之間建立了一個發(fā)布訂閱。為了哨兵之間的信息長期對稱它們之間也會互發(fā) ping 命令。

集群監(jiān)控

step3：哨兵3加入后

• 同樣進行哨兵1、2的動作，會發(fā)送info命令到master節(jié)點，并建立cmd連接；

• 為了保證哨兵1-哨兵2之間的信息是同步的，建立了一個發(fā)布訂閱的一個隊列（可以互發(fā)ping命令）

集群監(jiān)控

小結(jié)一下：

• Sentinel會向master、slave以及其他Sentinel獲取狀態(tài)；

• Sentinel之間會組建“對應頻道”，大家一起發(fā)布信息、訂閱信息、收信息、同步信息等。

2、消息通知

1）Sentinel節(jié)點會通過master/slave 節(jié)點建立的cmd連接獲取其工作狀態(tài)

2）Sentinel收到反饋結(jié)果之后，會在哨兵內(nèi)部進行信息的互通

消息通知

3、故障轉(zhuǎn)移

關(guān)于故障轉(zhuǎn)移，嚴格來講可劃分兩個步驟： 故障判定 、 故障轉(zhuǎn)移 。

Q1：如何判斷一個節(jié)點出現(xiàn)故障？

• 哨兵會一直給主節(jié)點發(fā)送 publish sentinel：hello

直到主節(jié)點故障，哨兵報出 sdown，同時此哨兵還會向其他哨兵發(fā)布消息說這個主節(jié)點掛了。發(fā)送的指令是 sentinel is-master-down-by-address-port。

•  其余的哨兵接收到指令后，主節(jié)點掛了嗎？讓我去看看到底掛沒掛。發(fā)送的信息也是 hello。

其余的哨兵也會發(fā)送他們收到的信息并且發(fā)送指令 sentinel is-master-down-by-address-port 到自己的內(nèi)網(wǎng)，確認一下第一個發(fā)送 sentinel is-master-down-by-address-port 的哨兵說你說的對，這個家伙確實掛了。

•  當所有人都認為主節(jié)點掛了后就會修改其狀態(tài)為 odown。

當一個哨兵認為主節(jié)點掛了標記的是 sdown，當半數(shù)哨兵都認為掛了其標記的狀態(tài)是 odown。

一個哨兵認為master節(jié)點掛了稱為主觀下線（sdown），超半數(shù)哨兵認為master節(jié)點掛了則稱為客觀下線（odown）。

Q2：如何進行故障轉(zhuǎn)移？

1）首先，哨兵選舉出哨兵Leader去處理故障轉(zhuǎn)移

此時選舉方式應用的是Raft協(xié)議，這個之前有過介紹，感興趣的同學可以移步了解： 一致性算法Raft 簡易入門

2）其次，哨兵Leader從所有的slave節(jié)點找出一個作為master節(jié)點

主要的規(guī)則：

• 選擇在線的節(jié)點，pass掉已下線的節(jié)點；

• 選擇響應速度快的，pass掉響應慢的節(jié)點

• 選擇與原master斷開時間短的，pass掉斷開時間較長的；

假如以上優(yōu)先級均一致，會考慮其他優(yōu)先原則：

• 偏移量較大

假如說 slave1 的 offset 為 50，slave2 偏移量為 55，則哨兵就會選擇 slave2 為新的主節(jié)點。

•  runid偏大的

這點類似于職場中的論資排輩，也就說根據(jù) runid 的創(chuàng)建時間來判斷，時間早的先上位。

3）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移

• 新master上任：Sentinel向新的master發(fā)送slaveof no one

• 其他slave周知：向其他slave發(fā)送slaveof 新master IP端口

總結(jié)

Redis 主從復制的作用中有這么一句話“主從復制是高可用的基石”，那實現(xiàn)高可用必不可少的就是哨兵和集群。

1、Sentinel的作用

• 集群監(jiān)控

不斷的檢查master和slave是否正常運行（master存活檢測、master與slave運行情況檢測）

• 消息通知

當被監(jiān)控的服務器出現(xiàn)問題時，向其他哨兵、客戶端發(fā)送通知

• 自動故障轉(zhuǎn)移

斷開故障master與slave的連接，選取一個slave作為新master，將其他slave連接到新的master并告知客戶端新的服務器地址。

2、Sentinel的工作方式

• 每個Sentinel以每秒鐘一次的頻率向它所知的Master，Slave以及其他 Sentinel 實例發(fā)送一個 PING 命令

• 如果一個實例（Instance）距離最后一次有效回復 PING 命令的時間超過 down-after-milliseconds 選項所指定的值， 則這個實例會被 Sentinel 標記為主觀下線。

若 Master 重新向 Sentinel 的 PING 命令返回有效回復， Master 的主觀下線狀態(tài)就會被移除。

• 如果一個Master被標記為主觀下線，則正在監(jiān)視這個Master的所有 Sentinel 要以每秒一次的頻率確認Master的確進入了主觀下線狀態(tài)。

• 當有足夠數(shù)量的 Sentinel（>=配置文件指定的值）在指定的時間范圍內(nèi)確認Master的確進入了主觀下線狀態(tài)， 則 Master會被標記為客觀下線

若沒有足夠數(shù)量的 Sentinel 同意 Master 已經(jīng)下線， Master 的客觀下線狀態(tài)就會被移除。

• 在一般情況下， 每個 Sentinel 會以每 10 秒一次的頻率向它已知的所有Master，Slave發(fā)送 INFO 命令

• 當Master被 Sentinel 標記為客觀下線時，Sentinel 向下線的 Master 的所有 Slave 發(fā)送 INFO 命令的頻率會從 10 秒一次改為每秒一次

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