redis集群主从复制原理,主从复制的原理

http://www.Sina.com/80 %的现有企业使用redis单元服务，在实际场景中，单节点redis容易面临风险。

概述1 .设备故障。 引入了某个Redis服务。 如果出现机器故障，则必须迁移到其他服务，并确保数据已同步。 数据是最重要的。 如果不介意的话，基本上不会使用Redis。

2 .容量瓶颈。 如果您的需求需要扩展Redis内存，从16G内存升级到64G可能无法满足您的需求。 当然，你可以重新买128G的新机器。

面临问题为了增加分布式数据库的存储容量并支持高并发访问，将原始集中数据库的数据分别存储在其他多个网络节点上。

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主从复制是指将一台Redis服务器上的数据复制到其他Redis服务器上。 前者称为主节点(master )，后者称为从节点(slave )，数据复制是单向的，只能从主节点到从节点。

默认情况下，每个Redis服务器都是主节点。 主节点可以有多个从节点，但从节点只能有一个主节点。

解决办法1 .数据冗馀：主从复制提供了数据的热备份，是一种非持久化的数据冗馀方法。

2 .故障恢复：当主节点出现问题时，从节点可以提供服务，实现快速故障恢复； 实际上是服务冗馀。

3 .负载均衡)除了主从复制之外，结合读写分离，主节点可以提供写服务，从节点可以提供读服务(即，写Redis数据时连接到主节点，Redis数据特别是在写入少、读取多的场景中，通过多个从节点分担读取负载，可以大幅提高Redis服务的并发执行量。

4 .读写分离：可用于实现读写分离。 主库的写入、从库中读取、读写分离不仅可以提高服务器的负载能力，而且可以根据需求的变化，改变库中的数量。

5 .高可用性基础：除上述作用外，主从复制是哨兵和集群可实施的基础，因此主从复制是Redis高可用性的基础。

主从复制机制主从复制过程大致可分为三个阶段

连接阶段(准备阶段)

数据同步阶段

命令传播阶段(重复同步) ) ) )。

命令的传播其实有四种，分别如下。

阶段1 (建立连接的阶段(建立到master的slave连接，使master能够识别slave并保存slave端口号)

流程如下：

步骤1 :设置主节点的地址和端口，保存主节点信息

步骤2 :建立套接字连接

步骤发送ping命令(计时器任务) ) ) ) ) ) )。

步骤4 :认证

发送步骤slave端口信息

至此主从连接成功！

当前状态：

slave :保存主机的地址和端口

主：保存slave的端口

整体：在之间创建连接的套接字

主从复制

方式1 :客户端发送命令

slaveof masterip masterport方式2 :启动服务器参数

redis-server-- slaveofmasteripmasterport方式3 :服务器配置(什么是主从复制

slaveof masterip masterport slave系统信息

master _ link _ down _ since _ secondsmasterhostmasterportmaster系统信息

uslave_listening_port (多个)主从复制的作用

断开slave与master的连接，slave断开后，现有数据不会被删除，master发送的数据将不再被接受

slaveof no one master和slave互联

主客户端发送命令并设置密码

请求路径密码主文件设置密码

configsetrequirepasspasswordconfiggetrequirepasslave客户端发送命令以设置密码

auth密码从属端设定档设定密码

设置主auth密码从属启动服务器的密码

redis-servera password第2阶段：数据同步将在slave首次连接到master后将master中的所有数据复制到slave

将slave数据库状态更新为master的当前数据库状态

同步过程包括：

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！

当前状态：

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 ?mb

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

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

这里我们主要来看部分复制，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
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
    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
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

复制缓冲区内部工作原理：

组成

偏移量

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）

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

数据来源：

master端：发送一次记录一次

slave端：接收一次记录一次

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

流程更新(全量复制/部分复制)

心跳机制

什么是心跳机制？

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：

内部指令：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

内部指令：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

min-slaves-to-write 2min-slaves-max-lag 8

slave数量少于2个，或者所有slave的延迟都大于等于8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

至此：我们可以总结出完整的主从复制流程：

主从复制常见问题

频繁的全量复制

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：

1：master内部创建master_replid变量，使用runid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

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runid，重启后恢复该值，使所有slave认为还是之前的master

 

第二种出现频繁全量复制的问题现象：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 ?mb

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

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REPLCONFACK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 seconds

该参数定义了超时时间的阈值（默认60秒），超过该值，释放slave

 

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 seconds

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-datayes|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）