Redis从入门到深入-主从复制(22)
八角塘塘主 2020-07-28
1. 主从复制简介
1.1 互联网“三高”架构
- 高并发
- 高性能
- 高可用
1.2 Redis是否高可用
- 单机redis的风险与问题
问题1.机器故障
- 现象：硬盘故障、系统崩溃
- 本质：数据丢失，很可能对业务造成灾难性打击
- 结论：基本上会放弃使用redis.
问题2.容量瓶颈
- 现象：内存不足，从16G升级到64G，从64G升级到128G，无限升级内存
- 本质：穷，硬件条件跟不上
- 结论：放弃使用redis
结论
为了避免单点redis服务器故障， 准备多台服务器， 互相连通。将数据复制多个副本保存在不同的服
务器上，连接在一起，并保证数据是同步的。即使有其中一台服务器宕机，其他服务器依然可以继续
提供服务， 实现redis的高可用， 同时实现数据冗余备份。
1.3 多台服务器连接方案
提供数据方：master
主服务器，主节点，主库
主客户端接收数据方：slave
从服务器，从节点，从库
从客户端需要解决的问题：
数据同步
核心工作：
master的数据复制到slave中
1.4 主从复制
主从复制即将master中的数据即时、有效的复制到slave中
特征：一个master可以拥有多个slave， 一个slave只对应一个master
职责：
master：
- 写数据
- 执行写操作时， 将出现变化的数据自动同步到slave
- 读数据(可忽略)
slave：
- 读数据
- 写数据(禁止)
1.5 高可用集群
1.6 主从复制的作用
- 读写分离：master写、slave读， 提高服务器的读写负载能力
- 负载均衡：基于主从结构， 配合读写分离， 由slave分担master负载， 并根据需求的变化， 改变slave的数
量， 通过多个从节点分担数据读取负载， 大大提高redis服务器并发量与数据吞吐量 - 故障恢复：当master出现问题时， 由slave提供服务， 实现快速的故障恢复
- 数据冗余：实现数据热备份，是持久化之外的一种数据冗余方式
- 高可用基石：基于主从复制， 构建哨兵模式与集群， 实现redis的高可用方案
1.7 主从复制的工作流程
1. 总述
- 主从复制过程大体可以分为3个阶段
- 建立连接剪短（即准备阶段）
- 数据同步阶段
- 命令传播阶段
2. 建立连接阶段工作流程
步骤1：设置master的地址和端口， 保存master信息
步骤2：建立socket连接
步骤3：发送ping命令(定时器任务)
步骤4：身份验证
步骤5：发送slave端口信息
至此，主从连接成功!
状态：
slave：
保存master的地址与端口
master：
保存slave的端口
3. 主从连接(slave连接master)
- 方式一：客户端发送命令
slave of<master ip><master port>
- 方式二：启动服务器参数
redis-server-slave of<master ip><master port>
- 方式三：服务器配置
slave of<master ip><master port>
slave系统信息
- master_link_down_since_seconds
- masterhost
- master port
master系统信息
- slave_listening_port(多个)
4. 主从断开连接
- 客户端发送命令
slave of no one
5. 授权访问
- master配置文件设置密码
require pass<password>
- master客户端发送命令设置密码
config set require pass<password> config get require pass
- slave客户端发送命令设置密码
auth<password>
- slave配置文件设置密码
masterauth <password>
- 启动客户端设置密码
redis-cli -a <password>
1.8 数据同步阶段的工作流程
1. 流程
- 在slave初次连接master后， 复制master中的所有数据到slave
- 将slave的数据库状态更新成master当前的数据库状态
2. 数据同步阶段工作流程
步骤1：请求同步数据
步骤2：创建RDB同步数据
步骤3：恢复RDB同步数据
步骤4：请求部分同步数据
步骤5：恢复部分同步数据
至此，数据同步工作完成!
状态：
slave：
具有master端全部数据， 包含RDB过程接收的数据
master:
保存slave当前数据同步的位置
总体：
之间完成了数据克隆
3. 数据同步阶段master说明
1.如果master数据量巨大， 数据同步阶段应避开流量高峰期， 避免造成master阻塞， 影响业务正常执行 2.复制缓冲区大小设定不合理，会导致数据溢出。如进行全量复制周期太长，进行部分复制时发现数据已 经存在丢失的情况， 必须进行第二次全量复制， 致使slave陷入死循环状态。 ``` repl-backlog-size 1mb ``` 3.master单机内存占用主机内存的比例不应过大，建议使用50%-70的内存， 留下30%-50%的内存用于执行bg save命令和创建复制缓冲区
4. 数据同步阶段slave说明
1.为避免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 ``` slave-serve-stale-data yes|no ``` 2.数据同步阶段， master发送给slave信息可以理解master是slave的一个客户端， 主动向slave发送命令 3.多个slave同时对master请求数据同步， master发送的RDB文件增多， 会对带宽造成巨大冲击， 如果master带宽不足， 因此数据同步需要根据业务需求， 适量错峰 4.slave过多时， 建议调整拓扑结构， 由一主多从结构变为树状结构， 中间的节点既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master间数据同步延迟较大，数据一致性变差，应谨慎选择
5. 命令传播阶段的部分复制
命令传播阶段出现了断网现象
- 网络闪断闪连 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素
- 服务器的运行id(run id)
- 主服务器的复制积压缓冲区
- 主从服务器的复制偏移量
6. 服务器运行ID(run id)
概念：服务器运行ID是每一台服务器每次运行的身份识别码，一台服务器多次运行可以生成多个运行id
组成：运行ia由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符
例如：fdc9ff13b9bbaab28db42b3d50f852bb5e3fcdce
作用：运行id被用于在服务器间进行传输，识别身份
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
送给slave， slave保存此ID， 通过info Server命令， 可以查看节点的run id实现方式：运行id在每台服务器启动时自动生成的， master在首次连接slave时， 会将自己的运行ID发
7. 复制缓冲区内部工作原理
组成
- 偏移量
- 字节值
工作原理
- 通过offset区分不同的slave当前数据传播的差异
- master记录已发送的信息对应的offset
- slave记录已接收的信息对应的offset
8. 复制缓冲区
概念：复制缓冲区， 又名复制积压缓冲区， 是一个先进先出(FIFO) 的队列， 用于存储服务器执行过的命
令， 每次传播命令， master都会将传播的命令记录下来， 并存储在复制缓冲区- 复制缓冲区默认数据存储空间大小是1M，由于存储空间大小是固定的，当入队元素的数量大于队
列长度时，最先入队的元素会被弹出，而新元素会被放入队列
- 复制缓冲区默认数据存储空间大小是1M，由于存储空间大小是固定的，当入队元素的数量大于队
由来：每台服务器启动时， 如果开启有A OF或被连接成为master节点， 即创建复制缓冲区
作用：用于保存master收到的所有指令(仅影响数据变更的指令， 例如set， select)
数据来源：当master接收到主客户端的指令时， 除了将指令执行， 会将该指令存储到缓冲区中
**9. 主从服务器复制偏移量(offset)
**
概念：一个数字，描述复制缓冲区中的指令字节位置
分类：
- master复制偏移量：记录发送给所有slave的指令字节对应的位置(多个)
- slave复制偏移量：记录slave接收master发送过来的指令字节对应的位置(一个)
数据来源：
master端：发送一次记录一次
slave端：接收一次记录一次作用：同步信息， 比对master与slave的差异， 当slave断线后， 恢复数据使用
10. 数据同步+命令传播阶段工作流程
11. 心跳机制
进入命令传播阶段候， 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repl-ping-slave-period决定， 默认10秒
- 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：REPL CONF ACK(offset)
周期：1秒
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
12. 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
min-slaves-to-write 2 min-slaves-max-lag 8
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REPL CONF ACK命令做确认
- slave延迟由slave发送REPL CONF ACK命令做确认
13. 主从复制工作流程（完整）
1.9 主从复制常见问题-频繁的全量复制(1)
伴随着系统的运行， master的数据量会越来越大， 一旦master重启， run id将发生变化， 会导致全部slave的
全量复制操作
内部优化调整方案：
1.master内部创建master_rep lid变量， 使用run id相同的策略生成， 长度41位， 并发送给所有slave
2.在master关闭时执行命令shutdown save， 进行RDB持久化， 将run id与offset保存到RDB文件中
- repl-id repl-offset - 通过red is-check-rdb命令可以查看该信息
3.master重启后加载RDB文件， 恢复数据
重启后， 将RDB文件中保存的repl-id与repl-offset加载到内存中 - master_repl_id=repl master_repl_offset=repl-offset - 通过info命令可以查看该信息
作用：
本机保存上次run id， 重启后恢复该值， 使所有slave认为还是之前的master
1.10 主从复制常见问题-频繁的全量复制(2)
问题现象
- 网络环境不佳， 出现网络中断， slave不提供服务
问题原因
- 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
- 修改复制缓冲区大小
repl-backlog-size
建议设置如下：
1.测算从master到slave的重连平均时长second
2.获取master平均每秒产生写命令数据总量write_size_per_second
3.最优复制缓冲区空间2secondwrite_size_per_second
1.11 主从复制常见问题-频繁的网络中断(1)
问题现象
- master的CPU占用过高或slave频繁断开连接
问题原因
- slave每1秒发送REPL CONF ACK命令到master
- 当slave接到了慢查询时(keys*， h get all等) ， 会大量占用CPU性能
- master每1秒调用复制定时函数replication Cron() ， 比对slave发现长时间没有进行响应
最终结果
- master各种资源(输出缓冲区、带宽、连接等) 被严重占用
解决方案
- 通过设置合理的超时时间， 确认是否释放slave
该参数定义了超时时间的阈值(默认60秒) ， 超过该值， 释放slave
1.12 主从复制常见问题-频繁的网络中断(2)
问题现象
- slave与master连接断开
问题原因
- master发送ping指令频度较低
- master设定超时时间较短
- ping指令在网络中存在丢包
解决方案
- 提高ping指令发送的频度
repl-ping-slave-period
超时时间repl-time的时间至少是ping指令频度的5到10倍， 否则slave很容易判定超时
1.13 数据不一致
问题现象
- 多个slave获取相同数据不同步
问题原因
- 网络信息不同步，数据发送有延迟
解决方案
- 优化主从间的网络环境，通常放置在同一个机房部署，如使用阿里云等云服务器时要注意此现象
- 监控主从节点延迟(通过offset) 判断， 如果slave延迟过大， 暂时屏蔽程序对该slave的数据访问
slave-serve-stale-data yes i no
开启后仅响应info、slave of等少数命令(慎用， 除非对数据一致性要求很高)
