redis的主从复制

主从复制

互联网三高架构

• 高并发
• 高可用
• 高性能

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，互相联通，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，其他服务器任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.

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

主从复制

主从复制即将master中的数据及时，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)

主从复制作用

• 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

主从复制工作流程

• 主从复制过程大体可以分为3个阶段
  • 建立连接阶段(准备阶段)
  • 数据同步阶段
  • 命令传播阶段

阶段1：建立连接阶段

• 建立slave到master的连接，是master能够识别slave,并保存slave端口号

  1. 设置master的地址和端口，保存master信息

  2. 建立socket连接

  3. 发送ping命令(定时器任务)

  4. 身份验证

  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

总体：

​ 之间创建了连接的socket

主从连接(slave连接master)

• 方式一： 客户端发送命令

slaveof <masterip> <masterport>

测试以服务器上的6379端口为主,6380为从服务器

• 方式二：启动服务器参数

redis-server -slaveof <masterip> <masterport>

• 方式三: 服务器配置

slaveof <masterip> <masterport>

编辑从服务器的配置文件,在尾部添加如下配置，保存退出

• slave系统信息

  • master_link_down_since_seconds
  • masterhost
  • masterport

• master系统信息

  • slave_listening_port(多个)

主动断开连接

• 客户端发送命令

slaveof no one

授权访问

• master配置文件设置密码

requirepass <password>

• master客户端发送命令设置密码

config set requirepass <password>
config get requirepass

• 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>

阶段2：数据同步阶段工作流程

• 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

数据同步阶段工作流程

1. 请求同步数据

2. 创建RDB同步数据

3. 恢复RDB同步数据

4. 请求部分同步数据

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

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bgsave命令和创建复制缓冲区

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信息可以理解为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，中间的节点既可以是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master间数据同步延迟较大，数据一致性变差，应谨慎选择.

---

阶段3：命令传播阶段

• 当master数据库状态被修改后，导致主从服务器数据库状态不一致，此时需要让主从数据同步到一致的状态，同步的动作称为命令传播
• master将接收到的数据变更命令发给slave,slave接收命令后执行命令

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4闪连 或略
  • 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

服务器运行ID(runid)

• 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id由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符

• 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

• 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发送给slave,slave保存此ID,通过info server命令，可以查看节点的runid

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

• 由来：每台服务器启动时，如果开启由AOF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

---

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

---

数据同步+命令传播阶段工作流程

心跳机制

• 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repl-ping-slave-period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
  • 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

  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REPLCONF ACK命令做确认

• slave延迟由slave发送REPLCONF ACK命令做确认

常见问题