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单台 Redis 服务器可能遇到的问题

• 单个 Redis 服务器会发生 <mark>单点故障</mark>， 并且一台服务器需要处理所有的请求负载，压力较大 （容错性差）
• 从容量上，单个 Redis 服务器的内存容量有限，就算一台 Redis 服务器内容容量为 256G，也不能将所有内容作为 Redis 存储内容。
  <mark>一般来说，单台Redis最大使用内容不应该超过 20G</mark>

基本描述

• 高可用 （High Availability）：通常来描述一个系统经过专门的设计，从而<mark>减少停工时间</mark>，而保持其服务的高可用。
• 高并发（High Concurrency）：通过设计<mark>保证系统能够同时并行处理很多请求</mark>

  • 响应时间（Response Time）
  • 吞吐量（Throught）
  • 每秒查询率 QPS （Query Per Second）
  • 并发用户数
  • 等

  通常指标有：

响应来说，牺牲了 一致性

提升系统的并发能力

提升系统并发能力的方式，主要有两种：垂直扩展（Scale Up）与水平扩展（Scale Out）。

垂直扩展：提升单机处理能力。垂直扩展的方式只有两种

• 增强单机硬件性能，如：
  添加 CPU 核数如 32 核，升级更好的网卡如万兆，升级根号的硬盘如SSD，扩充硬盘容量如 2T，扩充系统内存如 128G
• 提升单机架构性能，如：
  使用 Cache 来减少 IO 次数，使用异步来增加单服务吞吐量，使用无锁数据结构来减少响应时间

如果预算不是问题，单机扩展往往最自接，快捷

<mark>但有一个致命的不足，单机性能总是有限的。</mark>

所以分布式架构设计高并发终极解决方案还是水平扩展

水平扩展：只要增加服务器数量，就能线性扩充系统性能。

水平扩展对系统架构设计是有要求的，难点在于：如何在架构各层进行可水平扩展 的设计

简介

一个 Redis 服务可以有多个该服务的复制品，这个 Redis 服务成为 Master

其他复制称为 Slaves

如图：我们将一个 Redis 服务器作为主库（master），其他三台作为从库（Slave），<mark>主库只负责写数据</mark>，每次有数据库更新的数据同步到它所有的从库，而<mark>从库只负责读数据</mark>。

两个好处：

• 读写分离：提高服务器的负载能力，可根据读请求的规模自由增加或减少从库的数量
• 可用性：数据被复制成好几份，一台机器故障，可以快速从其他机器获取数据并回复。

在 Redis 主从模式中，一台主库可以拥有多个从库 ，但是一个从库只能隶属于一个主库。

工作流程

启动从服务器

设置 master 的 地址和端口，保存 master 信息

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加上 slaveof 参数启动另一个 Redis 实例作为从库，并且监听 6380 端口

登录从服务器

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主从变换

数据同步阶段 master 说明

1. 如果master 数据量大，同步阶段应该避免高峰期，避免master 阻塞，影响业务正常执行
2. <mark>复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据溢出。</mark>
   如果进行全量复制时，<mark>部分复制的缓存区被被填满，会出现指令丢失情况</mark>
   <mark>这种情况下，在进行完成复制后，会进行第二次全量复制（如果部分复制的缓存区一直被填满，一直出现指令丢失，会导致slave陷入死循环状态）</mark>
   
   避免这种情况，需要修改主服务器配置： ，来调整复制缓存区的大小。
   改多少合理？
   计算机性能决定
   master 单机内存占用主机内存的哔哩不应过大，建议使用的内存，留下内存用于执行 bgsave命令和创建复制缓冲区

数据同步阶段 slave 说明

• <mark>为了避免 slave 进行全量复制、部分复制时，服务器响应阻塞或数据不同步，建议关闭此期间的对外服务</mark>
  
• 数据同步阶段，master发送给slave信息可以理解为 master 是 slave的一个客户端，主动向 slave 发送命令
• 多个 slave 同时对 master 请求数据同步，master 发送的 RDB 文件增多，会对宽带造成巨大冲击。如果master带宽不足，数据同步需要错峰
  （<mark>后面会讲技术方面的解决方案</mark>）
• 过多时，建议调整拓扑结构时，由一主多从结构变成树状结构，中间的节点即是master，也是slave。

  注意，使用树状结构时，由于层级深度，导致深度越高的 slave 与 最顶层的 master 间数据同步延迟较大，数据一致性差，应谨慎选择

问题解决

1. PSYNC 失败：-NOMASTERLINK Can’t SYNC while not connected with my master

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   这个问题，有两个可能性

   • <mark>你的主服务器自定义了密码</mark>
     那么从服务器在连接时要指定主服务器的密码
     

   2. 主服务器设置成了 slave 模式（从服务器）
      登录客户端，用 命令改回来
      
      

2. 
   同步不成功，并且在info里面发现，
   要么是上面的情况，要么是防火墙没开
   打开防火墙端口命令

这个阶段就一句话：保证实时数据同步

• 当 master 数据库状态被修改后，导致主从服务器数据状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的状态，同步的动作成为 <mark>命令传播</mark>
• master 将接收到的 发送给 slave，slave 接收 后执行 。

• 命令传播阶段出现了断网现象和处理

  • 网络闪断：忽略
  • 短时间网络中断：部分复制
  • 长时间网络中断：全量复制

• 部分复制的三个核心要输（下面一个个说）

  1. 服务器的运行 id （run id）
  2. 主服务器的复制积压缓冲区 （也就是前面简称的：复制缓冲区）
  3. 主主从服务器的复制偏移量

1. 服务器运行ID（runid）

• 概念：<mark>服务器运行 id 是每台服务器每次运行的身份识别码</mark>，一台服务器多次运行可以生成多个运行 id
• 组成：运行 id 由 40 位字符组成，是一个随机的十六进制字符
  例如：
  1b26ededee847cfcedd4
  ffffffffffaaaaaaaaaaeeeeeeeeee （神选id 🐶）
• 作用：<mark>运行 id 被用于在服务器间进行传输，识别身份</mark>
  如果想两次操作均对同一台服务器进行，必须每次操作携带对应的运行id，用于对方识别
• 实现方法：
  <mark>在每台服务器启动时自动生成
  master在首次连接slave时，会将自己的 发送给slave，slave保存此</mark>
  （<mark>通过 info Server 命令，可以查看节点的</mark>）
  

2、 3 . 复制积压缓冲区 + 偏移量

（如图）master 会将 放在 。
当 slave 1 断网，缓冲区会等待玩过重新连接后，才把数据发出

主从复制工作流程

复制缓冲区
概念：<mark>是一个先进先出（FIFO）的队列，用于存储服务器执行过程的命令</mark>
由来：每台服务器启动时，如果开启AOF或者被成为master节点，即创建复制缓冲区
（因此，我们通常不会吧AOF关闭）
内部组成：偏移量+字节值
工作原理：

• 就是通过 offset 判断同的 slave 当前数据传输到什么程度了
• 记录已发送的信息对应的 offset
• 记录已接收的信息对应的 offset

进入命令传播阶段， master 与 slave 间需要进行信息交换，使用心跳机制进行维护，实现双方连接保持在线

master 心跳：

• 指令：PING
• 周期：由 决定，默认10s
• 作用：判断 slave 是否在线
• 查询：INFO replication（获取slave最后一次连接时间间隔，lag项维持在0或1视为正常）
  
  slave 心跳任务
• 指令：REPLCONF ACK [offset]
• 周期：1秒（比master相对快）
• 作用1：汇报slave自己的复制偏移量，获取最新的数据变更指令
• 作用2：判断master是否在线

心跳阶段注意事项

• 当 slave 多数掉线，或延迟过高时，master为保障数据稳定性，将拒绝所有信息同步操作
  如：

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  slave 数量少于2个，或者所有slave的延迟都大于等于10秒时，强制关闭master写功能，停止数据同步。

• slave 数量由 slave 发送 REPLCONF ACK 命令做确认
• slave 延迟由 slave 发送 REPLCONF ACK 命令做确认

部分复制、全量复制看上面

一旦master重启，runid发生改变，会导致全部slave的全量复制。

解决方案
redis内部解决了，不需要我们设置（了解）

• 在 master 关闭时执行指令 shutdown save ，进行 RDB 持久haunted，将 runid 与 offset 保存到 RDB 文件中。
  （下图，可以通过 进行查看）
  
• master 重启后加载 RDB 文件恢复数据

（前面提及）

• 问题现象：网络不佳，出现网络中断，slave 不能提供服务
• 原因：复制缓冲区过小，断网后 slave 的 offset 越界，触发全量复制
• 最终结果：slave 反复进行全量复制
• 解决方案：修改缓冲区大小
  
• 建议设置如下：
  1. 测算 master 到 slave 的重连平均时长
  2. 获取 master 平均每秒产生写命令数据总量
  3. 最优复制缓冲区空间 =

• 将宕机的 master 下线
• 找到一个 slave 作为 master
• 通知所有的 slave 连接新的 master
• 启动新的 master 与 slave
• +

哨兵（sentinel） 是一个分布式系统，用于对主从结构中的每台服务器进行 <mark>监控</mark>，当出现故障时通过 <mark>投票机制</mark> 选择新的 master 并将所有的 slave 连接到新的 master

作用：

• 监控
  不断的检查 master 和 slave 是否正常运行
  master 存活检测、master 与 slave 运行情况检测
• 通知（提醒）
• 自动故障转移

配置哨兵

• 配置 一拖二 的主从结构
• <mark>配置三个哨兵</mark>（配置相同，端口不同）
  参看 sentinel.conf
• 启动哨兵

哨兵配置文件（sentinel.conf）的位置

把配置复制到 目录

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查看 sentinel.conf 配置

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修改配置

如果 master 没有自定义密码，那么不需要修改配置

如果 自定义了密码，需要添加：

sed 命令解释

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启动

最后起哨兵

哨兵客户端连接

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连接之后只能执行 哨兵对应的命令

这时，我们再看 哨兵的配置文件，可以发现配置文件中自动添加了 salve 的信息

哨兵是会相互自动识别的，不识别唯一的可能是ID重复了
<mark>把配置里面默认的 id 注释了就好了</mark>

我们把 master kill 了

哨兵在进行主从切换过程中经历三个阶段

• 监控
  同步信息
• 通知
  保持连通
• 故障转移
  发现问题
  竞选负责人
  选人新的 master
  新 master 上任，其他 slave 切换 master，原master 作为 slave 故障恢复后连接

下面看每一步的细节

---

用于同步各个节点的状态信息

• 获取各个 <mark>sentinel 的状态</mark>（是否在线）
• 获取 <mark>master 的状态</mark>
  各个 slave 的详细信息
  master 属性（runid、role：master）
• 获取<mark>所有 slave 状态</mark>（根据 master 中的 slave 信息）
  slave 属性（runid、role：slave、master_host、master_port、offset、…）

<mark>一个 sentinel 间建立长期信息对等的阶段</mark>

sentinel 间形成“朋友圈”网络，<mark>各自</mark> 检测 master、slave 的工作状态，并把检测到的状态在“朋友圈”中发布

如果 sentinel 发现无法连通 master 会在内部标记 断开记录 （主观下线：猜测挂了）

在 sentinel 的“朋友圈” 发布 master 断开信息

（如下图）

其他 sentinel 看到 信息会去 “围观” master

把围观结果也发上 sentinel 的 专属“朋友圈”

如果有半数（可自定义）的sentinel 在 “朋友圈” 说 master 挂了，就会把 master 状态表示 从 （主观下线：猜测挂）改为 （客观下线：确认挂了）

（如下图）

sentinel 知道 master 挂了，要选取出新的 master

<mark>投票机制就是简单的 向其他sentinel 要票，最后票数过半的为主导者</mark> （如果没有过半结果会一直重复投票，因此sentinel要单数！）

（如下图）

sentinel 独裁者决定 新 master 的流程（排除法）

• 排除不在线的
• 排除响应慢的
• 断开与原master断开时间久的（性能可能比较差）
• 看优先原则
  1. 排除优先级低的
  2. 排除 offset 前的
  3. 排除 runid 大的 （到这步，肯定只剩一个 slave 了，那人就当选master）

（下图）

选定 新 master 后，发送指令

• 向新的 master 发送 slaveof no one
• 向其他 slave发送 slaveof 新masterIP 端口

slave：你说你是哨兵，原来是罗马教皇锕。。