Redis 搭建主从集群的操作指南

 更新时间:2023年08月04日 11:17:00   作者:我有一颗五叶草  
单节点的 Redis 并发能力有限,要进一步提高 Redis 的并发能力,就需要搭建主从集群,实现读写分离,这篇文章主要给大家介绍了Redis搭建主从集群的操作指南,需要的朋友可以参考下

1. 主从集群架构

集群架构

共包含三个节点,一个主节点,两个从节点。这里我们会在同一台虚拟机中开启3个redis实例,模拟主从集群,信息如下:

IPPORT角色
192.168.150.1017001master
192.168.150.1017002slave
192.168.150.1017003slave

注:192.168.150.101 为redis所在虚拟机或者服务器的 ip 。

1.1 准备实例和配置

要在同一台虚拟机开启3个实例,必须准备三份不同的配置文件和目录,配置文件所在目录也就是工作目录。1)创建目录我们创建三个文件夹,名字分别叫7001、7002、7003:

# 进入/tmp目录
cd /tmp
# 创建目录
mkdir 7001 7002 7003

如下图:

image.png

2)恢复原始配置

修改redis-6.2.4/redis.conf文件,将其中的持久化模式改为默认的RDB模式,AOF保持关闭状态。

# 开启RDB
# save ""
save 3600 1
save 300 100
save 60 10000
# 关闭AOF
appendonly no

3)拷贝配置文件到每个实例目录

然后将redis-6.2.4/redis.conf文件拷贝到三个目录中(在/tmp目录执行下列命令):

# 方式一:逐个拷贝
cp redis-6.2.4/redis.conf 7001
cp redis-6.2.4/redis.conf 7002
cp redis-6.2.4/redis.conf 7003
# 方式二:管道组合命令,一键拷贝
echo 7001 7002 7003 | xargs -t -n 1 cp redis-6.2.4/redis.conf

4)修改每个实例的端口、工作目录

修改每个文件夹内的配置文件,将端口分别修改为7001、7002、7003,将rdb文件保存位置都修改为自己所在目录(在/tmp目录执行下列命令):

sed -i -e 's/6379/7001/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7001\//g' 7001/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7002/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7002\//g' 7002/redis.conf
sed -i -e 's/6379/7003/g' -e 's/dir .\//dir \/tmp\/7003\//g' 7003/redis.conf

注意上面的命可能不会改成功!

5)修改每个实例的声明IP

虚拟机本身有多个IP,为了避免将来混乱,我们需要在redis.conf文件中指定每一个实例的绑定ip信息,格式如下:

# redis实例的声明 IP
replica-announce-ip 192.168.150.101

每个目录都要改,我们一键完成修改(在/tmp目录执行下列命令):

# 逐一执行
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7001/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7002/redis.conf
sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' 7003/redis.conf
# 或者一键修改
printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t sed -i '1a replica-announce-ip 192.168.150.101' {}/redis.conf

1.2 启动

为了方便查看日志,我们打开3个ssh窗口,分别启动3个redis实例,启动命令:

# 第1个
redis-server 7001/redis.conf
# 第2个
redis-server 7002/redis.conf
# 第3个
redis-server 7003/redis.conf

启动后:

image-20210630183914491.png

如果要一键停止,可以运行下面命令:

printf '%s\n' 7001 7002 7003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

1.3 开启主从关系

现在三个实例还没有任何关系,要配置主从可以使用replicaof 或者 slaveof(5.0以前)命令。有临时和永久两种模式:

  • 修改配置文件(永久生效)
    • 在redis.conf中添加一行配置:slaveof <masterip> <masterport>
  • 使用redis-cli客户端连接到redis服务,执行slaveof命令(重启后失效):
slaveof <masterip> <masterport>

注意:在5.0以后新增命令replicaof,与salveof效果一致。

这里我们为了演示方便,使用方式二。

通过redis-cli命令连接7002,执行下面命令:

# 连接 7002
redis-cli -p 7002
# 执行slaveof
slaveof 192.168.150.101 7001

通过redis-cli命令连接7003,执行下面命令:

# 连接 7003
redis-cli -p 7003
# 执行slaveof
slaveof 192.168.150.101 7001

然后连接 7001节点,查看集群状态:

# 连接 7001
redis-cli -p 7001
# 查看状态
info replication

结果:

image.png

1.4 测试

执行下列操作以测试:

  • 利用redis-cli连接7001,执行set num 123
  • 利用redis-cli连接7002,执行get num,再执行set num 666
  • 利用redis-cli连接7003,执行get num,再执行set num 888

可以发现,只有在7001这个master节点上可以执行写操作,7002 和 7003 这两个 slave 节点只能执行读操作。

2. 主从同步原理

2.1 全量同步

主从第一次建立连接时,会执行全量同步,将 master 节点的所有数据都拷贝给 slave 节点,流程:

image-20210725152222497.png

这里有一个问题,master如何得知salve是第一次来连接呢??有几个概念,可以作为判断依据:

  • Replication Id:简称replid,是数据集的标记,id一致则说明是同一数据集。每一个 master 都有唯一的 replid,slave 则会继承 master 节点的 replid
  • offset:偏移量,随着记录在repl_baklog中的数据增多而逐渐增大。slave完成同步时也会记录当前同步的offset。如果slave的offset小于master的offset,说明slave数据落后于master,需要更新。

因此slave做数据同步,必须向master声明自己的replication id 和offset,master才可以判断到底需要同步哪些数据。

因为slave原本也是一个master,有自己的replid和offset,当第一次变成slave,与master建立连接时,发送的replid和offset是自己的replid和offset。master判断发现slave发送来的replid与自己的不一致,说明这是一个全新的slave,就知道要做全量同步了。

master会将自己的replid和offset都发送给这个slave,slave保存这些信息。以后slave的replid就与master一致了。

因此,master判断一个节点是否是第一次同步的依据,就是看replid是否一致

如图:

image-20210725152700914.png

完整流程描述:

  • slave节点请求增量同步
  • master节点判断replid,发现不一致,拒绝增量同步
  • master将完整内存数据生成RDB,发送RDB到slave
  • slave清空本地数据,加载master的RDB
  • master将RDB期间的命令记录在repl_baklog,并持续将log中的命令发送给slave
  • slave执行接收到的命令,保持与master之间的同步

2.2 增量同步

全量同步需要先做RDB,然后将RDB文件通过网络传输个slave,成本太高了。因此除了第一次做全量同步,其它大多数时候slave与master都是做增量同步

什么是增量同步?就是只更新slave与master存在差异的部分数据。如图:

image-20210725153201086.png

那么 master 怎么知道 slave 与自己的数据差异在哪里呢?

repl_backlog原理

master怎么知道slave与自己的数据差异在哪里呢?

这就要说到全量同步时的repl_baklog文件了。

这个文件是一个固定大小的数组,只不过数组是环形,也就是说角标到达数组末尾后,会再次从0开始读写,这样数组头部的数据就会被覆盖。

repl_baklog中会记录Redis处理过的命令日志及offset,包括master当前的offset,和slave已经拷贝到的offset:

image-20210725153359022.png

slave与master的offset之间的差异,就是salve需要增量拷贝的数据了。

随着不断有数据写入,master的offset逐渐变大,slave也不断的拷贝,追赶master的offset:

image-20210725153524190.png

直到数组被填满:

image-20210725153715910.png

此时,如果有新的数据写入,就会覆盖数组中的旧数据。不过,旧的数据只要是绿色的,说明是已经被同步到slave的数据,即便被覆盖了也没什么影响。因为未同步的仅仅是红色部分。

但是,如果slave出现网络阻塞,导致master的offset远远超过了slave的offset:

image-20210725153937031.png

如果master继续写入新数据,其offset就会覆盖旧的数据,直到将slave现在的offset也覆盖:

image-20210725154155984.png

棕色框中的红色部分,就是尚未同步,但是却已经被覆盖的数据。此时如果slave恢复,需要同步,却发现自己的offset都没有了,无法完成增量同步了。只能做全量同步。

image-20210725154216392.png

2.3 主从同步优化

主从同步可以保证主从数据的一致性,非常重要。

可以从以下几个方面来优化Redis主从就集群:

  • 在master中配置repl-diskless-sync yes启用无磁盘复制,避免全量同步时的磁盘IO(适用于网络好、磁盘慢 的场景)。
  • Redis单节点上的内存占用不要太大,减少RDB导致的过多磁盘IO。
  • 适当提高 repl_baklog 的大小,发现 slave 宕机时尽快实现故障恢复,尽可能避免全量同步。
  • 限制一个master上的slave节点数量,如果实在是太多slave,则可以采用主-从-从链式结构,减少master压力。

主从从架构图:

主从架构图

小结

简述全量同步和增量同步区别?

全量同步:master将完整内存数据生成RDB,发送RDB到slave。后续命令则记录在repl_baklog,逐个发送给slave。增量同步:slave提交自己的offset到master,master获取repl_baklog中从offset之后的命令给slave

什么时候执行全量同步?

slave节点第一次连接master节点时slave节点断开时间太久,repl_baklog中的offset已经被覆盖时

什么时候执行增量同步?

slave节点断开又恢复,并且在repl_baklog中能找到offset时

以上就是Redis 搭建主从集群的操作指南的详细内容,更多关于Redis搭建主从集群的资料请关注脚本之家其它相关文章!

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