为什么Redis哨兵集群至少3节点？

2022-09-21 11:16:22 浏览数 (1)

前言

接上篇，由于Redis主从无法达到高可用性，所以Redis通过哨兵的方式在Redis主从基础上实现高可用Redis集群

Redis哨兵

哨兵是redis集群架构中非常重要的组件，哨兵主要用来解决主从复制故障时需要人为干预的问题

Redis哨兵主要功能
  • 集群监控：负责监控Redis master和slave是否正常工作
  • 消息通知：redis实例故障，哨兵负责发送消息作为告警通知管理员
  • 故障转移：master节点故障，自动重新选举master，实现集群自愈
  • 配置中心：故障发生后，通知client客户端及其他slave新的master地址

原理

Redis哨兵使用的算法核心是Raft算法，主要用途就是用于分布式系统，系统容错，以及leader选举，整个过程如下：

  • 每个Sentinel会自动发现其他Sentinel和从服务器，通过每秒一次的频率向它所知的主服务器、从服务器以及其他Sentinel实例发送一个PING命令
  • 如果一个实例距离最后一次有效回复PING命令的时间超过down-after-millisenconds选项指定的值，那么这个实例会被Sentinel标记为主观下线，有效回复不一定是PONG，可以是-LOADING或者-MASTERDOWN
  • 如果一个主实例被标记为主管下线，那么正在监视这个主服务器的所有Sentinel要以每秒一次的频率去确认主实例确实进入了主管下线状态
  • 如果一个主实例被标记为主观下线，并且超过quorum数量的Sentinel在指定的时间范围内认同这一判断，那么这个主实例就被标记为客观下线
  • 在一般情况下，每个Sentinel会以每10秒一次的频率向它已知的所有主实例和从实例发送INFO命令，当一个主实例被Sentinel标记为客观下线时，Sentinel向下线主实例的所有从服务器发送INFO命令频率会从10秒改为每秒一次
  • 当没有足够quorum数量的Sentinel同意主实例已经下线，主实例的客观下线状态就会被移除，当主服务器重新向Sentinel的PING命令返回有效回复时，主实例的主观状态会被移除

后面通过实例日志可以看到更详细的步骤

哨兵搭建实践

主从搭建请参考上一篇，直接看哨兵配置，哨兵配置文件为sentinel.conf，配置参数详解如下：

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# 哨兵sentinel实例运行的端口，默认26379  
port 26379
# 哨兵sentinel的工作目录
dir ./
# 是否开启保护模式，默认开启。
protected-mode:no
# 是否设置为后台启动。
daemonize:yes

# 哨兵sentinel的日志文件
logfile:./sentinel.log

# 哨兵sentinel监控的redis主节点的 
## ip：主机ip地址
## port：哨兵端口号
## master-name：可以自己命名的主节点名字（只能由字母A-z、数字0-9 、这三个字符".-_"组成。）
## quorum：当这些quorum个数sentinel哨兵认为master主节点失联 那么这时 客观上认为主节点失联了  
# sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum> 
## 这里IP不要用127.0.0.1
sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

# 当在Redis实例中开启了requirepass，所有连接Redis实例的客户端都要提供密码。这里提示下，Redis，master实例也需要配置masteruth，否则master实例下线重新上线后，会无法加入到集群中
# sentinel auth-pass <master-name> <password>  
sentinel auth-pass mymaster 123456  

# 指定主节点应答哨兵sentinel的最大时间间隔，超过这个时间，哨兵主观上认为主节点下线，默认30秒  
# sentinel down-after-milliseconds <master-name> <milliseconds>
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000  

# 指定了在发生failover主备切换时，最多可以有多少个slave同时对新的master进行同步。这个数字越小，完成failover所需的时间就越长；反之，但是如果这个数字越大，就意味着越多的slave因为replication而不可用。可以通过将这个值设为1，来保证每次只有一个slave，处于不能处理命令请求的状态。
# sentinel parallel-syncs <master-name> <numslaves>
sentinel parallel-syncs mymaster 1  

# 故障转移的超时时间failover-timeout，默认三分钟，可以用在以下这些方面：
## 1. 同一个sentinel对同一个master两次failover之间的间隔时间。  
## 2. 当一个slave从一个错误的master那里同步数据时开始，直到slave被纠正为从正确的master那里同步数据时结束。  
## 3. 当想要取消一个正在进行的failover时所需要的时间。
## 4.当进行failover时，配置所有slaves指向新的master所需的最大时间。不过，即使过了这个超时，slaves依然会被正确配置为指向master，但是就不按parallel-syncs所配置的规则来同步数据了
# sentinel failover-timeout <master-name> <milliseconds>  
sentinel failover-timeout mymaster 180000

# 当sentinel有任何警告级别的事件发生时（比如说redis实例的主观失效和客观失效等等），将会去调用这个脚本。一个脚本的最大执行时间为60s，如果超过这个时间，脚本将会被一个SIGKILL信号终止，之后重新执行。
# 对于脚本的运行结果有以下规则：  
## 1. 若脚本执行后返回1，那么该脚本稍后将会被再次执行，重复次数目前默认为10。
## 2. 若脚本执行后返回2，或者比2更高的一个返回值，脚本将不会重复执行。  
## 3. 如果脚本在执行过程中由于收到系统中断信号被终止了，则同返回值为1时的行为相同。
# sentinel notification-script <master-name> <script-path>  
sentinel notification-script mymaster /var/redis/notify.sh

# 这个脚本应该是通用的，能被多次调用，不是针对性的。
# sentinel client-reconfig-script <master-name> <script-path>
sentinel client-reconfig-script mymaster /var/redis/reconfig.sh

配置好Sentinel配置之后，启动顺序是先启动Redis主，然后启动Redis从，主从启动完后，启动Sentinel

启动完成后，登录进入Redis主实例，查看replication信息

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127.0.0.1:6379> info replication
# Replication
role:master
connected_slaves:2
slave0:ip=172.22.29.101,port=6379,state=online,offset=4448,lag=1
slave1:ip=172.22.29.100,port=6379,state=online,offset=4448,lag=1
master_failover_state:no-failover
master_replid:e6627addc08ba16bf2be9ca484d5c9df387dd3d6
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000
master_repl_offset:4448
second_repl_offset:-1
repl_backlog_active:1
repl_backlog_size:1048576
repl_backlog_first_byte_offset:1
repl_backlog_histlen:4448

然后进入sentinel，查看sentinel信息

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127.0.0.1:26379> 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=172.22.29.99:6379,slaves=2,sentinels=3
# 两slave、三sentinel

查看哨兵日志

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11526:X 12 Feb 2022 16:18:36.615 # Sentinel ID is 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355
11526:X 12 Feb 2022 16:18:36.615 #  monitor master mymaster 172.22.29.99 6379 quorum 2
11526:X 12 Feb 2022 16:18:36.616 *  slave slave 172.22.29.101:6379 172.22.29.101 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:18:36.620 *  slave slave 172.22.29.100:6379 172.22.29.100 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:18:45.394 *  sentinel sentinel e0cc602d71cd7f9c0e68dbf799596c8f6a292af3 172.22.29.100 26379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:18:52.387 *  sentinel sentinel ba877d31906400bb1f3f631de248d5eaa78215d7 172.22.29.101 26379 @ mymaster 172.22.29.99 6379

此时哨兵配置文件已经被更新，查看哨兵配置最后

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# Generated by CONFIG REWRITE
protected-mode no
supervised systemd
user default on nopass ~* &*  @all
sentinel myid e0cc602d71cd7f9c0e68dbf799596c8f6a292af3
sentinel config-epoch mymaster 0
sentinel leader-epoch mymaster 0
sentinel current-epoch 0
sentinel known-replica mymaster 172.22.29.100 6379
sentinel known-replica mymaster 172.22.29.101 6379
sentinel known-sentinel mymaster 172.22.29.101 26379 ba877d31906400bb1f3f631de248d5eaa78215d7
sentinel known-sentinel mymaster 172.22.29.99 26379 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355

模拟故障迁移

关闭master的redis

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systemctl stop redis

查看哨兵日志

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# 哨兵1
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.177 #  sdown master mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.267 #  odown master mymaster 172.22.29.99 6379 #quorum 3/2
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.267 #  new-epoch 1
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.267 #  try-failover master mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.270 #  vote-for-leader 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355 1
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.272 # ba877d31906400bb1f3f631de248d5eaa78215d7 voted for ba877d31906400bb1f3f631de248d5eaa78215d7 1
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.277 # e0cc602d71cd7f9c0e68dbf799596c8f6a292af3 voted for 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355 1
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.329 #  elected-leader master mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.330 #  failover-state-select-slave master mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.385 #  selected-slave slave 172.22.29.101:6379 172.22.29.101 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.385 *  failover-state-send-slaveof-noone slave 172.22.29.101:6379 172.22.29.101 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.468 *  failover-state-wait-promotion slave 172.22.29.101:6379 172.22.29.101 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.700 #  promoted-slave slave 172.22.29.101:6379 172.22.29.101 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.700 #  failover-state-reconf-slaves master mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:13.752 *  slave-reconf-sent slave 172.22.29.100:6379 172.22.29.100 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:14.330 # -odown master mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:14.715 *  slave-reconf-inprog slave 172.22.29.100:6379 172.22.29.100 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:14.715 *  slave-reconf-done slave 172.22.29.100:6379 172.22.29.100 6379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:14.770 #  failover-end master mymaster 172.22.29.99 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:14.770 #  switch-master mymaster 172.22.29.99 6379 172.22.29.101 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:14.770 *  slave slave 172.22.29.100:6379 172.22.29.100 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:14.770 *  slave slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:31:44.772 #  sdown slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
代码语言：javascript复制
# 哨兵2
1809:X 12 Feb 2022 16:31:13.150 #  sdown master mymaster 172.22.29.99 6379
1809:X 12 Feb 2022 16:31:13.274 #  new-epoch 1
1809:X 12 Feb 2022 16:31:13.277 #  vote-for-leader 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355 1
1809:X 12 Feb 2022 16:31:13.752 #  config-update-from sentinel 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355 172.22.29.99 26379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
1809:X 12 Feb 2022 16:31:13.752 #  switch-master mymaster 172.22.29.99 6379 172.22.29.101 6379
1809:X 12 Feb 2022 16:31:13.753 *  slave slave 172.22.29.100:6379 172.22.29.100 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
1809:X 12 Feb 2022 16:31:13.753 *  slave slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
1809:X 12 Feb 2022 16:31:43.792 #  sdown slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
代码语言：javascript复制
# 哨兵3
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.167 #  sdown master mymaster 172.22.29.99 6379
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.268 #  odown master mymaster 172.22.29.99 6379 #quorum 2/2
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.268 #  new-epoch 1
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.268 #  try-failover master mymaster 172.22.29.99 6379
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.271 #  vote-for-leader ba877d31906400bb1f3f631de248d5eaa78215d7 1
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.272 # 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355 voted for 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355 1
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.277 # e0cc602d71cd7f9c0e68dbf799596c8f6a292af3 voted for 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355 1
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.752 #  config-update-from sentinel 6ed25761f58a921370b172db21c9912268eee355 172.22.29.99 26379 @ mymaster 172.22.29.99 6379
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.752 #  switch-master mymaster 172.22.29.99 6379 172.22.29.101 6379
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.753 *  slave slave 172.22.29.100:6379 172.22.29.100 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
11511:X 12 Feb 2022 16:31:13.753 *  slave slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
11511:X 12 Feb 2022 16:31:43.763 #  sdown slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379

可以看到，master从 sdown，到 odown，之后重新进行leader选举，并切换master为slave2

模拟节点恢复

启动刚才的redis节点

代码语言：javascript复制
systemctl start redis

查看哨兵日志

代码语言：javascript复制
# 哨兵1
11526:X 12 Feb 2022 16:38:49.705 # -sdown slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
11526:X 12 Feb 2022 16:38:59.646 *  convert-to-slave slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
代码语言：javascript复制
# 哨兵2
1809:X 12 Feb 2022 16:38:50.513 # -sdown slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379
代码语言：javascript复制
# 哨兵3
11511:X 12 Feb 2022 16:38:49.954 # -sdown slave 172.22.29.99:6379 172.22.29.99 6379 @ mymaster 172.22.29.101 6379

查看redis日志

代码语言：javascript复制
11496:M 12 Feb 2022 16:38:59.651 * Replica 172.22.29.99:6379 asks for synchronization
11496:M 12 Feb 2022 16:38:59.651 * Partial resynchronization not accepted: Replication ID mismatch (Replica asked for 'a55b8b82d079247bb8b0facd5a9d5562ac91362d', my replication IDs are '0d45dd66cf94887da5567c772391695e2c8c6b82' and 'e6627addc08ba16bf2be9ca484d5c9df387dd3d6')
11496:M 12 Feb 2022 16:38:59.651 * Starting BGSAVE for SYNC with target: disk
11496:M 12 Feb 2022 16:38:59.652 * Background saving started by pid 11529
11529:C 12 Feb 2022 16:38:59.654 * DB saved on disk
11529:C 12 Feb 2022 16:38:59.655 * RDB: 2 MB of memory used by copy-on-write
11496:M 12 Feb 2022 16:38:59.705 * Background saving terminated with success
11496:M 12 Feb 2022 16:38:59.705 * Synchronization with replica 172.22.29.99:6379 succeeded

此时节点重新加入集群

关于Sentinel节点的计算

Sentinel节点计算主要关注两个参数

  • quorum

quorum上面已经提到过了，是确认odown的最少的哨兵数量

  • majority

majority是授权进行主从切换的最少的哨兵数量

主从的切换与这俩有关，每次一个哨兵要做主从切换，首先需要quorum数量的哨兵认为odown，然后选举出一个哨兵来做切换，这个哨兵还得得到majority哨兵的授权，才能正式切换

如果quorum < majority，比如5个哨兵，majority就是3，quorum设置为2，那么就3个哨兵授权就可以执行切换，但是如果quorum >= majority，那么必须quorum数量的哨兵进行授权，比如5个哨兵，quorum是5，那么必须5个哨兵都同意授权，才能执行切换

majority计算

代码语言：javascript复制
int sentinelIsQuorumReachable(sentinelRedisInstance *master, int *usableptr) {
   dictIterator *di;
   dictEntry *de;
   int usable = 1; /* Number of usable Sentinels. Init to 1 to count myself. */
   int result = SENTINEL_ISQR_OK;
   int voters = dictSize(master->sentinels) 1; /* Known Sentinels   myself. */

   di = dictGetIterator(master->sentinels);
   while((de = dictNext(di)) != NULL) {
       sentinelRedisInstance *ri = dictGetVal(de);

       if (ri->flags & (SRI_S_DOWN|SRI_O_DOWN)) continue;
       usable  ;
   }
   dictReleaseIterator(di);

   if (usable < (int)master->quorum) result |= SENTINEL_ISQR_NOQUORUM;
   if (usable < voters/2 1) result |= SENTINEL_ISQR_NOAUTH;
   if (usableptr) *usableptr = usable;
   return result;
}
majority=voters/2 1

为什么哨兵至少3个节点

如果哨兵集群仅仅部署了个2个哨兵实例，那么它的majority就是2（2的majority=2，3的majority=2，5的majority=3，4的majority=2），如果其中一个哨兵宕机了，就无法满足majority>=2这个条件，那么在master发生故障的时候也就无法进行主从切换。

关于脑裂

redis的集群脑裂是指因为网络问题，导致redis master节点跟redis slave节点和sentinel集群处于不同的网络分区，此时因为sentinel集群无法感知到master的存在，所以将slave节点提升为master节点。此时存在两个不同的master节点，就像一个大脑分裂成了两个。集群脑裂问题中，如果客户端还在基于原来的master节点继续写入数据，那么新的master节点将无法同步这些数据，当网络问题解决之后，sentinel集群将原先的master节点降为slave节点，此时再从新的master中同步数据，将会造成大量的数据丢失。

解决脑裂与两个参数有关

  • min-replicas-to-write 3
  • min-replicas-max-lag 10

第一个参数表示连接到master的最少slave数量 第二个参数表示slave连接到master的最大延迟时间

按照上面的配置，要求至少3个slave节点，且数据复制和同步的延迟不能超过10秒，否则的话master就会拒绝写请求，配置了这两个参数之后，如果发生集群脑裂，原先的master节点接收到客户端的写入请求会拒绝，就可以减少数据同步之后的数据丢失

总结

Redis哨兵的作用就是解决Redis高可用，而为了提高Redis的吞吐量，Redis提供了Cluster集群解决方案。

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