redis哨兵模式原理

概述

　　为了实现redis集群的高可用，redis经历了好几次迭代，从最开始的主从模式，到哨兵模式，再到现在的集群模式，可以说架构的优化越来越好，那本篇文章就介绍一下redis的哨兵模式，不过我司其实使用的是cluster模式，这里就当学习一下。

redis哨兵模式架构

　　

 　　声明：本图来源Redis ==> 集群的三种模式

　　要解释什么是哨兵模式，要从redis的主从模式说起，redis的主从模式就是把上图的所有的哨兵去掉，就变成了主从模式，主从模式是主节点负责写请求，然后异步的同步给从节点，然后从节点负责读请求，所以在主从架构中redis每个节点保存的数据是相同的，只是数据的同步可能会有一点延迟，那考虑到高可用性，如果主节点挂了，是没有一个自动选主的机制的，需要人工来指定一个节点为主节点，然后再恢复成主从结构，所以其实也是不能做到高可用。

　　为了解决主从模式不能高可用的问题，就发明了哨兵模式，所谓的哨兵模式，就是在原来的主从架构的基础上，又搞了一个集群，哨兵集群，这个集群会监控redis集群的主节点和从节点的状态，如果发现主节点挂了，就会重新在从节点中选出来一个作为主节点，从而做到高可用。

　　那哨兵本身是一个集群，那这个集群之间是怎么通信的呢？哨兵模式既然可以监控redis集群，做到故障转移，哨兵集群又是怎么监控redis集群的呢？下面就分析这两个问题

哨兵模式工作原理

　　哨兵集群中的每个节点都会启动三个定时任务

• 第一个定时任务： 每个sentinel节点每隔1s向所有的master、slaver、别的sentinel节点发送一个PING命令，作用：心跳检测
• 第二个定时任务： 每个sentinel每隔2s都会向master的__sentinel__:hello这个channel中发送自己掌握的集群信息和自己的一些信息（比如host,ip,run id），这个是利用redis的pub/sub功能，每个sentinel节点都会订阅这个channel，也就是说，每个sentinel节点都可以知道别的sentinel节点掌握的集群信息，作用：信息交换，了解别的sentinel的信息和他们对于主节点的判断
• 第三个定时任务： 每个sentinel节点每隔10s都会向master和slaver发送INFO命令，作用：发现最新的集群拓扑结构

哨兵如何判断master宕机

主观下线

　　这个就是上面介绍的第一个定时任务做的事情，当sentinel节点向master发送一个PING命令，如果超过own-after-milliseconds（默认是30s，这个在sentinel的配置文件中可以自己配置）时间都没有收到有效回复，不好意思，我就认为你挂了，就是说为的主观下线（SDOWN），修改其flags状态为SRI_S_DOWN

 

客观下线

　　要了解什么是客观下线要先了解几个重要参数：

• quorum：如果要认为master客观下线，最少需要主观下线的sentinel节点个数，举例：如果5个sentinel节点，quorum = 2,那只要2个sentinel主观下线，就可以判断master客观下线
• majority：如果确定了master客观下线了，就要把其中一个slaver切换成master，做这个事情的并不是整个sentinel集群，而是sentinel集群会选出来一个sentinel节点来做，那怎么选出来的呢，下面会讲，但是有一个原则就是需要大多数节点都同意这个sentinel来做故障转移才可以，这个大多数节点就是这个参数。注意：如果sentinel节点个数5，quorum=2，majority=3，那就是3个节点同意就可以，如果quorum=5，majority=3，这时候majority=3就不管用了，需要5个节点都同意才可以。
• configuration epoch：这个其实就是version，类似于中国每个皇帝都要有一个年号一样，每个新的master都要生成一个自己的configuration epoch，就是一个编号

客观下线处理过程

1. 每个主观下线的sentinel节点都会向其他sentinel节点发送 SENTINEL is-master-down-by-addr ip port current_epoch runid，（ip：主观下线的服务id，port：主观下线的服务端口，current_epoch：sentinel的纪元，runid：*表示检测服务下线状态，如果是sentinel 运行id，表示用来选举领头sentinel（下面会讲选举领头sentinel））来询问其它sentinel是否同意服务下线。
2. 每个sentinel收到命令之后，会根据发送过来的ip和端口检查自己判断的结果，如果自己也认为下线了，就会回复，回复包含三个参数：down_state（1表示已下线，0表示未下线），leader_runid（领头sentinal id），leader_epoch（领头sentinel纪元）。由于上面发送的runid参数是*，这里后两个参数先忽略。
3. sentinel收到回复之后，根据quorum的值，判断达到这个值，如果大于或等于，就认为这个master客观下线

选择领头sentinel的过程

　　到现在为止，已经知道了master客观下线，那就需要一个sentinel来负责故障转移，那到底是哪个sentinel节点来做这件事呢？需要通过选举实现，具体的选举过程如下：

1. 判断客观下线的sentinel节点向其他节点发送SENTINEL is-master-down-by-addr ip port current_epoch runid（注意：这时的runid是自己的run id，每个sentinel节点都有一个自己运行时id）
2. 目标sentinel回复，由于这个选择领头sentinel的过程符合先到先得的原则，举例：sentinel1判断了客观下线，向sentinel2发送了第一步中的命令，sentinel2回复了sentinel1，说选你为领头，这时候sentinel3也向sentinel2发送第一步的命令，sentinel2会直接拒绝回复
3. 当sentinel发现选自己的节点个数超过majority（注意上面写的一种特殊情况quorum>majority）的个数的时候，自己就是领头节点
4. 如果没有一个sentinel达到了majority的数量，等一段时间，重新选举

 

故障转移过程

　　通过上面的介绍，已经有了领头sentinel，下面就是要做故障转移了，故障转移的一个主要问题和选择领头sentinel问题差不多，到底要选择哪一个slaver节点来作为master呢？按照我们一般的常识，我们会认为哪个slaver中的数据和master中的数据相识度高哪个slaver就是master了，其实哨兵模式也差不多是这样判断的，不过还有别的判断条件，详细介绍如下：

　　在进行选择之前需要先剔除掉一些不满足条件的slaver，这些slaver不会作为变成master的备选

• 剔除列表中已经下线的从服务
• 剔除有5s没有回复sentinel的info命令的slaver
• 剔除与已经下线的主服务连接断开时间超过 down-after-milliseconds*10+master宕机时长的slaver

选主过程

1. 选择优先级最高的节点，通过sentinel配置文件中的replica-priority配置项，这个参数越小，表示优先级越高
2. 如果第一步中的优先级相同，选择offset最大的，offset表示主节点向从节点同步数据的偏移量，越大表示同步的数据越多
3. 如果第二步offset也相同，选择run id较小的

后续事项

　　新的主节点已经选择出来了，并不是到这里就完事了，后续还需要做一些事情，如下

1. 领头sentinel向别的slaver发送slaveof命令，告诉他们新的master是谁谁谁，你们向这个master复制数据
2. 如果之前的master重新上线时，领头sentinel同样会给起发送slaveof命令，将其变成从节点

哨兵模式存在的问题

任何一种模式都不是完美的，哨兵模式也不例外，下面就介绍一下这种模式存在的一些问题

主节点写压力过大

　　由于只有主节点负责写数据，如果有大量的写请求的时候，主节点负载太高，有挂掉的风险

　　解决办法：使用cluster模式^_^

集群脑裂

　　所谓的集群脑裂，就是一个集群中出现了两个master，这种情况是如何产生的呢？当集群中的master的网络出现了问题，和集群中的slaver和sentinel通信出现问题，但是本身并没有挂，见下图

 声明：本图来源：redis 脑裂等极端情况分析

这时，由于sentinel连接不上master，就会重新选择一个新的slaver变成master，这时候如果client还么有来得及切换，就会把数据写入到原来的那个master中，一旦网络恢复，原来的master就会被变成slaver，从新的master上复制数据，那client向原来的master上写的数据就丢失了。

解决办法：在redis的配置文件中有如下两个配置项

• min-slavers-to-write 1
• min-slavers-max-lag 10

这两个配置项组合在一起配置的意思就是至少有一个slaver和master数据同步延迟不超过10s,如果所有的slaver都超过10s，那master就会拒绝接收请求，为什么加了这两个参数就可以解决问题呢？如果发生脑裂，如果client向旧的master写数据，旧的master不能向别的slaver同步数据，所以client最多只能写10s的数据。这里有些萌新可能就会有问题了，如果发生脑裂的时候，之前集群中的master和一个slaver都与别的slaver和sentinel无法通信了，但是这两个哥们还可以通信，那这个slaver不就可以正常从master同步数据吗，不就满足了上面的两个条件了吗，对，确实会这样^_^，所以你可以把min-slavers-to-write配置大一点

主从数据不一致

　　这个没办法，异步复制确实会有这个问题，如果系统可以接受这一点延迟，那就没问题，如果一定要没有一点延迟，那就指定读主库吧。

 

总结

　　本文介绍了什么是哨兵模式，以及哨兵模式中如何选择领头sentinel来做故障转移和故障转移的过程，之后又介绍了哨兵模式的一些问题，一般来说吧，如果redis中的数据量不是很大都可以使用这种模式，比如就几个G的数据，使用哨兵模式没什么问题。

番外话：最近觉得变成一个厉害的码农，要精通的东西太多，但人的精力有限，觉得就像一个蜗牛要去攀登珠穆朗玛峰一样，爬呀爬，爬呀爬，回头一看，发现自己还没有到山脚下。

参考：

Redis的七个核心机制底层原理

浅谈Redis Sentinel 哨兵-选举领头Sentinel和故障转移

redis哨兵主备切换的数据丢失问题：异步复制、集群脑裂