主从复制
互联网“三高”架构
●高并发
●高性能
●高可用
你的“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。
多台服务器连接方案
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)
高可用集群
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
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（即准备阶段）
数据同步阶段
命令传播阶段
阶段一：建立连接阶段
建立slave到master的连接，使master能够识别slave，并保存slave端口号
主从连接( slave连接master )
●方式一:客户端发送命令
slaveof
●方式二:启动服务器参数
redis-server -slaveof
●方式三: 服务器配置
slaveof
●slave系统信息
●master_ link_ down_ since_ seconds
●masterhost
●masterport
●master系统信息
●slave_ listening_ _port(多个)
主从断开连接
●客户端发送命令
slaveof no one
●说明:
slave断开连接后,不会删除已有数据,只是不再接受master发送的数据
阶段二：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
RDB快照
部分同步数据是AOF
部分同步数据（部分复制）是指RDB过程种缓存区的数据
上图9，10不是同步阶段的过程
数据同步阶段master说明
- 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
- 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
- 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
阶段三：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送给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
服务器的运行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id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
●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
●由来:每台服务器启动时,如果开启有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中
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: 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
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 , runid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:（自带的）
-
master内部创建master_ repl id变量,使用runid相同的策略生成,长度41位,并发送给所有slave
-
在master关闭时执行命令shutdown save ,进行RDB持久化,将runid与offset保存到RDB文件中
●repl-id repl-offset
●通过redis-check-rdb命令可以查看该信息
-
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runid ,重启后恢复该值,使所有slave认为还是之前的master
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
rep1- -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= 2 * second * write_ size_ per_ second
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REPLCONF ACK命令到master
●当slave接到了慢查询时( keys *, hgetall等) ,会大量占用CPU性能
master每1秒调用复制定时函数replicationCron() ,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
repl-timeout
该参数定义了超时时间的阈值(默认60秒) , 超过该值,释放slave
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p ing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
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| no
开启后仅响应info、slaveof等少数命令 (慎用,除非对数据一致性要求很高 )