1.redis的高可用
1.1 redis高可用的概念
在web服务器中，高可用是指服务器可以正常访问的时间，衡量的标准是在多长时间内可以提供正常服务(99.9%、99.99%、99.999%等等)。
高可用的计算公式是1-（宕机时间）/（宕机时间+运行时间）有点类似与网络传输的参数误码率，我们用9的个数表示可用性：
2个9：99%，一年内宕机时长：1%×365天=3.6524天=87.6h
4个9：99.99%，一年内宕机时长：0.01%×365天=52.56min
5个9：99.999%，一年内宕机时长：0.001%*365天=5.265min
11个9：几乎一年宕机时间只有几秒钟
但是在Redis语境中，高可用的含义似乎要宽泛一些，除了保证提供正常服务（如主从分离、快速容灾技术），还需要考虑数据容量的扩展、数据安全不会丢失等
1.2 Redis的高可用技术
在Redis中，实现高可用的技术主要包括持久化、主从复制、哨兵和cluster集群，下面分别说明它们的作用，以及解决了什么样的问题。
持久化： 持久化是最简单的高可用方法（有时甚至不被归为高可用的手段），主要作用是数据备份，即将数据存储在硬盘，保证数据不会因进程退出而丢失。
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（和同步），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。（主挂了，找一个从成为新的主，哨兵节点进行监控）
缺陷：写操作无法负载均衡；存储能力受到单机的限制。
Cluster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。（6台起步，成双成对，3主3从）
Cluster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。（6台起步，成双成对，3主3从）
2.redis主从复制
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。
2.1 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。
1.2 主从复制流程
（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。
3.redis主从的部署(一主二从)
实验具体步骤
1 安装redis一主二从服务器
//环境准备
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
setenforce 0
sed -i 's/enforcing/disabled/' /etc/selinux/config
#修改内核参数
vim /etc/sysctl.conf
vm.overcommit_memory = 1
net.core.somaxconn = 2048
sysctl -p
//安装redis
yum install -y gcc gcc-c++ make
tar zxvf /opt/redis-7.0.9.tar.gz -C /opt/
cd /opt/redis-7.0.9
make
make PREFIX=/usr/local/redis install
#由于Redis源码包中直接提供了 Makefile 文件，所以在解压完软件包后，不用先执行 ./configure 进行配置，可直接执行 make 与 make install 命令进行安装。
#创建redis工作目录
mkdir /usr/local/redis/{conf,log,data}
cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/conf/
useradd -M -s /sbin/nologin redis
chown -R redis.redis /usr/local/redis/
#环境变量
vim /etc/profile
PATH=$PATH:/usr/local/redis/bin #增加一行
source /etc/profile
//定义systemd服务管理脚本
vim /usr/lib/systemd/system/redis-server.service
[Unit]
Description=Redis Server
After=network.target
[Service]
User=redis
Group=redis
Type=forking
TimeoutSec=0
PIDFile=/usr/local/redis/log/redis_6379.pid
ExecStart=/usr/local/redis/bin/redis-server /usr/local/redis/conf/redis.conf
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
PrivateTmp=true
[Install]
WantedBy=multi-user.target
2 修改主从主配置文件
-----修改 Redis 配置文件（Master节点操作）-----
vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0
#87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no
#111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379
#138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes
#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid
#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"
#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data
#504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123
#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes
#1380行，开启AOF
systemctl restart redis-server.service
启动redis服务
-----修改 Redis 配置文件（Slave节点操作）-----
vim /usr/local/redis/conf/redis.conf
bind 0.0.0.0
#87行，修改监听地址为0.0.0.0
protected-mode no
#111行，将本机访问保护模式设置no
port 6379
#138行，Redis默认的监听6379端口
daemonize yes
#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6379.pid
#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6379.log"
#354行，指定日志文件
dir /usr/local/redis/data
#504行，指定持久化文件所在目录
#requirepass abc123
#1037行，可选，设置redis密码
appendonly yes
#1380行，开启AOF
replicaof 192.168.80.10 6379
#528行，指定要同步的Master节点IP和端口
#masterauth abc123
#535行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepass
systemctl restart redis-server.service
开启服务
实验测试
master写入数据
127.0.0.1:6379> keys *
127.0.0.1:6379> set name zhangsan
127.0.0.1:6379> get name
两个从库查看数据库
4.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。
哨兵模式的组成：
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。
4.1 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，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。
此外：哨兵节点也可以是单独独立在其他的主机上，并不需要一定安装redis主从复制的节点服务器上
4.2 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秒会问主节点、从节点及其它哨兵节点发送一次ping命令做一次心检测。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
4.3 哨兵模式中主节点的选拔
1.过滤掉不健康的（己下线的），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。
5. redis哨兵模式的部署
实验组件部署
实验具体操作步骤
在redis主从复制的基础上进行哨兵模式的部署（就在上面一主二从复制的基础上面做）
步骤一：修改哨兵节点的配置文件（所有哨兵节点相同操作）
哨兵的的配置文件是redis软件中自带的配置
cp /opt/redis-7.0.9/sentinel.conf /usr/local/redis/conf/
chown redis.redis /usr/local/redis/conf/sentinel.conf
vim /usr/local/redis/conf/sentinel.conf
protected-mode no
#6行，关闭保护模式
port 26379
#10行，Redis哨兵默认的监听端口
daemonize yes
#15行，指定sentinel为后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis-sentinel.pid
#20行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/sentinel.log"
#25行，指定日志存放路径
dir /usr/local/redis/data
#54行，指定数据库存放路径
sentinel monitor mymaster 192.168.80.10 6379 2
#73行，修改 指定该哨兵节点监控192.168.80.10:6379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 auth-pass mymaster abc123
#76行，可选，指定Master节点的密码，仅在Master节点设置了requirepass
sentinel down-after-milliseconds mymaster 3000
#114行，判定服务器down掉的时间周期，默认30000毫秒（30秒）
sentinel failover-timeout mymaster 180000
#214行，同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间（180秒）
步骤二：启动哨兵模式
先启master，再启slave
cd /usr/local/redis/conf/
redis-sentinel sentinel.conf &
-----查看哨兵信息-----
redis-cli -p 26379 info Sentinel
# Sentinel
sentinel_masters:1
sentinel_tilt:0
sentinel_running_scripts:0
sentinel_scripts_queue_length:0
sentinel_simulate_failure_flags:0
master0:name=mymaster,status=ok,address=192.168.5023:6379,slaves=2,sentinels=3
-----故障模拟-----
#查看redis-server进程号：
ps -ef | grep redis
root 57031 1 0 15:20 ? 00:00:07 /usr/local/bin/redis-server 0.0.0.0:6379
root 57742 1 1 16:05 ? 00:00:07 redis-sentinel *:26379 [sentinel]
root 57883 57462 0 16:17 pts/1 00:00:00 grep --color=auto redis
#杀死 Master 节点上redis-server的进程号
kill -9 57031 #Master节点上redis-server的进程号
实验结果
[root@localhost redis-5.0.7]# tail -f /var/log/sentinel.log
#新master进行键值对的创建
[root@localhost redis-5.0.7]# redis-cli
127.0.0.1:6379> set newname lisi
OK
127.0.0.1:6379> get newname
"lisi"
127.0.0.1:6379>
测试结果：
6. Redis 集群模式
集群，即Redis Cluster，是Redis3.0开始引入的分布式存储方案。
集群由多个节点（Node）组成，Redis的数据分布在这些节点中。集群中的节点分为主节点和从节点：只有主节点负责读写请求和集群信息的维护；从节点只进行主节点数据和状态信息的复制。
6.1 集群的作用
（1）数据分区： 数据分区（或称数据分片）是集群最核心的功能。
集群将数据分散到多个节点，一方面突破了Redis单机内存大小的限制，存储容量大大增加；另一方面每个主节点都可以对外提供读服务和写服务，大大提高了集群的响应能力。
Redis单机内存大小受限问题，在介绍持久化和主从复制时都有提及；例如，如果单机内存太大，bgsave和bgrewriteaof的fork操作可能导致主进程阻塞，主从环境下主机切换时可能导致从节点长时间无法提供服务，全量复制阶段主节点的复制缓冲区可能溢出。
（2）高可用： 集群支持主从复制和主节点的自动故障转移（与哨兵类似）；当任一节点发生故障时，集群仍然可以对外提供服务。
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。
6.2 Redis集群的数据分片
Redis集群引入了哈希槽的概念。
Redis集群有16384个哈希槽（编号0-16383）。
集群的每个节点负责一部分哈希槽。
每个Key通过CRC16校验后对16384取余来决定放置哪个哈希槽，通过这个值，去找到对应的插槽所对应的节点，然后直接自动跳转到这个对应的节点上进行存取操作。
以3个节点组成的集群为例：
节点A包含0到5460号哈希槽
节点B包含5461到10922号哈希槽
节点c包含10923到16383号哈希槽
7. redis集群的部署
真实生产环境中，redis的cluster集群至少需要六台服务器才能实现 ，如果因为电脑性能问题
可以尝试redis多实例部署
实验组件的部署
实验的具体步骤
步骤一
cd /usr/local/redis/
mkdir -p redis-cluster/redis600{1..6}
for i in {1..6}
do
cp /opt/redis-7.0.9/redis.conf /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i
cp /opt/redis-7.0.9/src/redis-cli /opt/redis-7.0.9/src/redis-server
/usr/local/redis/redis-cluster/redis600$i
done
步骤二 #开启群集功能：
#其他5个文件夹的配置文件以此类推修改，注意6个端口都要不一样。
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
vim redis.conf
#bind 127.0.0.1
#87行，注释掉bind项，默认监听所有网卡
protected-mode no
#111行，关闭保护模式
port 6001
#138行，修改redis监听端口
daemonize yes
#309行，设置为守护进程，后台启动
pidfile /usr/local/redis/log/redis_6001.pid
#341行，指定 PID 文件
logfile "/usr/local/redis/log/redis_6001.log"
#354行，指定日志文件
dir ./
#504行，指定持久化文件所在目录
appendonly yes
#1379行，开启AOF
cluster-enabled yes
#1576行，取消注释，开启群集功能
cluster-config-file nodes-6001.conf
#1584行，取消注释，群集名称文件设置
cluster-node-timeout 15000
#1590行，取消注释群集超时时间设置
当6001的配置好以后，可以直接将配置文件复制到6002-6006，然后用sed -i 直接修改
命令 ： sed -i 's/6001/6002/g' usr/local/redis/redis-cluster/redis6002
sed -i 's/6001/6003/g' usr/local/redis/redis-cluster/redis6003
sed -i 's/6001/6004/g' usr/local/redis/redis-cluster/redis6004
sed -i 's/6001/6005/g' usr/local/redis/redis-cluster/redis6005
sed -i 's/6001/6006/g' usr/local/redis/redis-cluster/redis6006
步骤三 启动redis节点
分别进入那六个文件夹，执行命令：redis-server redis.conf ，来启动redis节点
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis6001
redis-server redis.conf
或者
for d in {1..6}
do
cd /usr/local/redis/redis-cluster/redis600$d
./redis-server redis.conf
done
ps -ef | grep redis
步骤四 #启动集群
redis-cli --cluster create 127.0.0.1:6001 127.0.0.1:6002 \
127.0.0.1:6003 127.0.0.1:6004 127.0.0.1:6005 127.0.0.1:6006 \
--cluster-replicas 1
#六个实例分为三组，每组一主一从，前面的做主节点，后面的做从节点。
下面交互的时候 需要输入 yes 才可以创建。
--replicas 1 表示每个主节点有1个从节点。
测试群集
redis-cli -p 6001 -c #加-c参数，节点之间就可以互相跳转
127.0.0.1:6001> cluster slots #查看节点的哈希槽编号范围
1) 1) (integer) 5461
2) (integer) 10922 #哈希槽编号范围
3) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6003 #主节点IP和端口号
3) "fdca661922216dd69a63a7c9d3c4540cd6baef44"
4) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6004 #从节点IP和端口号
3) "a2c0c32aff0f38980accd2b63d6d952812e44740"
2) 1) (integer) 0
2) (integer) 5460
3) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6001
3) "0e5873747a2e26bdc935bc76c2bafb19d0a54b11"
4) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6006
3) "8842ef5584a85005e135fd0ee59e5a0d67b0cf8e"
3) 1) (integer) 10923
2) (integer) 16383
3) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6002
3) "816ddaa3d1469540b2ffbcaaf9aa867646846b30"
4) 1) "127.0.0.1"
2) (integer) 6005
3) "f847077bfe6722466e96178ae8cbb09dc8b4d5eb"
127.0.0.1:6001> set name zhangsan
-> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:6003
OK
127.0.0.1:6001> cluster keyslot name
#查看name键的槽编号
redis-cli -p 6004 -c
127.0.0.1:6004> keys *
#对应的slave节点也有这条数据，但是别的节点没有
1) "name"
redis-cli -p 6001 -c cluster nodes
步骤五：Cluster 集群增加节点动态扩容
redis 5的集群支持在有负载的情况下增加节点动态扩容。
已有集群为6个节点127.0.0.1:6001 - 127.0.0.1:6006，3组主从节点。现要增加第4组主从节点127.0.0.1:6007，127.0.0.1:6008
1）首先要建立cluster节点，修改端口号为6007 ，6008 待添加到cluster群集中
2）创建一个新的主节点127.0.0.1:6007
redis-cli -p 6001 --cluster add-node 127.0.0.1:6007 127.0.0.1:6001
或
redis-cli -p 6001
cluster meet 127.0.0.1 6007
cluster meet 127.0.0.1 6008
3）将127.0.0.1:6008创建为127.0.0.1:6007的从节点
redis-cli --cluster add-node 127.0.0.1:6008 127.0.0.1:6001 --cluster-slave （后面的master可以省略，应为只有一个master没有从节点）
redis-cli -p 6001 --cluster add-node 127.0.0.1:6008 127.0.0.1:6001 --cluster-slave --cluster-master-id e44678abed249e22482559136bf45280fd3ac281
命令里需要指定一个已有节点以便于获取集群信息和主节点的node ID
4）新加入的主节点是没有槽数的，只有初始化集群的时候，才会根据主的数据分配好，如新增的主节点，需要手动分配
先用 cluster nodes 获得群集个节点的 node ID号
reshard slots. 因为redis 5现在还不支持自动平衡slot，所以需要自行计算需要移动的slot数量，并手动执行命令。这个例子，需要从3组已有的主节点上各移动1365个slot到新的主节点127.0.0.1:6007，以达到均衡
redis-cli -p 6007 --cluster reshard 127.0.0.1:6001 --cluster-from \ e1a033e07f0064e6400825b4ddbcd6680c032d10 --cluster-to \ e44678abed249e22482559136bf45280fd3ac281 --cluster-slots 1365 --cluster-yes
同样主节点6002和6003也要移动1365个slot到6007主节点上
或者也可以人机交互转移哈希槽
或
redis-cli -p 6007 --cluster reshard 127.0.0.1:6001
How many slots do you want to move (from 1 to 16384)? 1000
#指定转移槽的数量
What is the receiving node ID? e44678abed249e22482559136bf45280fd3ac281
#指定接收槽数量的主节点node ID
Please enter all the source node IDs.
Type 'all' to use all the nodes as source nodes for the hash slots.
Type 'done' once you entered all the source nodes IDs.
Source node #1: e1a033e07f0064e6400825b4ddbcd6680c032d10
#指定分配的主节点node ID
Source node #2: done
#输入完毕，开始转移