《Redis 備份、容災(zāi)及高可用實戰(zhàn)》要點(diǎn)：
本文介紹了Redis 備份、容災(zāi)及高可用實戰(zhàn)，希望對您有用。如果有疑問，可以聯(lián)系我們。

作者介紹

郝朝陽,宜搜科技,運(yùn)維工程師,負(fù)責(zé)前端運(yùn)維工作.專注于運(yùn)維自動化的實現(xiàn).致力于DevOps思想的推廣,幫助企業(yè)形成形成自有文化的運(yùn)維體系建設(shè).

一、Redis簡單介紹

Redis是一個高性能的key-value非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫,由于其具有高性能的特性,支持高可用、持久化、多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、集群等,使其脫穎而出,成為常用的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫.

此外,Redis的使用場景也比較多.

1. 會話緩存(Session Cache)
   Redis緩存會話有非常好的優(yōu)勢,因為Redis提供持久化,在需要長時間保持會話的應(yīng)用場景中,如購物車場景這樣的場景中能提供很好的長會話支持,能給用戶提供很好的購物體驗.
2. 全頁緩存
   在WordPress中,Pantheon提供了一個不錯的插件wp-redis,這個插件能以最快的速度加載你曾經(jīng)瀏覽過的頁面.
3. 隊列
   Reids提供list和set操作,這使得Redis能作為一個很好的消息隊列平臺來使用.我們常通過Reids的隊列功能做購買限制.比如到節(jié)假日或者推廣期間,進(jìn)行一些活動,對用戶購買行為進(jìn)行限制,限制今天只能購買幾次商品或者一段時間內(nèi)只能購買一次.也比較適合適用.
4. 排名
   Redis在內(nèi)存中對數(shù)字進(jìn)行遞增或遞減的操作實現(xiàn)得非常好.所以我們在很多排名的場景中會應(yīng)用Redis來進(jìn)行,比如小說網(wǎng)站對小說進(jìn)行排名,根據(jù)排名,將排名靠前的小說推薦給用戶.
5. 發(fā)布/訂閱
   Redis提供發(fā)布和訂閱功能,發(fā)布和訂閱的場景很多,比如我們可以基于發(fā)布和訂閱的腳本觸發(fā)器,實現(xiàn)用Redis的發(fā)布和訂閱功能建立起來的聊天系統(tǒng).

此外還有很多其它場景,Redis都表現(xiàn)的不錯.

二、Redis使用中單點(diǎn)故障問題

正是由于Redis具備多種優(yōu)良特新,且應(yīng)用場景非常豐富,以至于Redis在各個公司都有它存在的身影.那么隨之而來的問題和風(fēng)險也就來了.Redis雖然應(yīng)用場景豐富,但部分公司在實踐Redis應(yīng)用的時候還是相對保守使用單節(jié)點(diǎn)部署,那為日后的維護(hù)帶來了安全風(fēng)險.

在2015年的時候,曾處理過一個因為單點(diǎn)故障原因?qū)е碌臉I(yè)務(wù)中斷問題.當(dāng)時的Redis都未采用分布式部署,采用單實例部署,并未考慮容災(zāi)方面的問題.

當(dāng)時我們通過Redis服務(wù)器做用戶購買優(yōu)惠商品的行為控制,但后來由于未知原因Redis節(jié)點(diǎn)的服務(wù)器宕機(jī)了,導(dǎo)致我們無法對用戶購買行為進(jìn)行控制,造成了用戶能夠在一段時間內(nèi)多次購買優(yōu)惠商品的行為.

這種宕機(jī)事故可以說已經(jīng)對公司造成了不可挽回的損失了,安全風(fēng)險問題非常嚴(yán)重,作為當(dāng)時運(yùn)維這個系統(tǒng)的我來說有必要對這個問題進(jìn)行修復(fù)和在架構(gòu)上的改進(jìn).于是我開始了解決非分布式應(yīng)用下Redis單點(diǎn)故障方面的研究學(xué)習(xí).

三、非分布式場景下Redis應(yīng)用的備份與容災(zāi)

Redis主從復(fù)制現(xiàn)在應(yīng)該是很普遍了.常用的主從復(fù)制架構(gòu)有如下兩種架構(gòu)方案.

常用Redis主從復(fù)制

• 方案一

這是最常見的一種架構(gòu),一個Master節(jié)點(diǎn),兩個Slave節(jié)點(diǎn).客戶端寫數(shù)據(jù)的時候是寫Master節(jié)點(diǎn),讀的時候,是讀取兩個Slave,這樣實現(xiàn)讀的擴(kuò)展,減輕了Master節(jié)點(diǎn)讀負(fù)載.

• 方案二

• 這種架構(gòu)同樣是一個Master和兩個Slave.不同的是Master和Slave1使用keepalived進(jìn)行VIP轉(zhuǎn)移.Client連接Master的時候是通過VIP進(jìn)行連接的.避免了方案一IP更改的情況.

Redis主從復(fù)制優(yōu)點(diǎn)與不足

• 優(yōu)點(diǎn)

1. 實現(xiàn)了對master數(shù)據(jù)的備份,一旦master出現(xiàn)故障,slave節(jié)點(diǎn)可以提升為新的master,頂替舊的master繼續(xù)提供服務(wù)
2. 實現(xiàn)讀擴(kuò)展.使用主從復(fù)制架構(gòu), 一般都是為了實現(xiàn)讀擴(kuò)展.Master主要實現(xiàn)寫功能, ?Slave實現(xiàn)讀的功能

• 不足
  架構(gòu)方案一
  當(dāng)Master出現(xiàn)故障時,Client就與Master端斷開連接,無法實現(xiàn)寫功能,同時Slave也無法從Master進(jìn)行復(fù)制.

此時需要經(jīng)過如下操作(假設(shè)提升Slave1為Master):

1. 在Slave1上執(zhí)slaveof no one命令提升Slave1為新的Master節(jié)點(diǎn).
2. 在Slave1上配置為可寫,這是因為大多數(shù)情況下,都將slave配置只讀.
3. 告訴Client端(也就是連接Redis的程序)新的Master節(jié)點(diǎn)的連接地址.
4. 配置Slave2從新的Master進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制.

架構(gòu)方案二
當(dāng)master出現(xiàn)故障后,Client可以連接到Slave1上進(jìn)行數(shù)據(jù)操作,但是Slave1就成了一個單點(diǎn),就出現(xiàn)了經(jīng)常要避免的單點(diǎn)故障(single point of failure).

 

之后需要經(jīng)過如下操作：

1. 在Slave1上執(zhí)行slaveof no one命令提升Slave1為新的Master節(jié)點(diǎn)
2. 在Slave1上配置為可寫,這是因為大多數(shù)情況下,都將Slave配置只讀
3. 配置Slave2從新的Master進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制

可以發(fā)現(xiàn),無論是哪種架構(gòu)方案都需要人工干預(yù)來進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移(failover).需要人工干預(yù)就增加了運(yùn)維工作量,同時也對業(yè)務(wù)造成了巨大影響.這時候可以使用Redis的高可用方案-Sentinel

四、Redis Sentinel介紹

Redis Sentinel為Redis提供了高可用方案.從實踐方面來說,使用Redis Sentinel可以創(chuàng)建一個無需人為干預(yù)就可以預(yù)防某些故障的Redis環(huán)境.
Redis Sentinel設(shè)計為分布式的架構(gòu),運(yùn)行多個Sentinel進(jìn)程來共同合作的.運(yùn)行多個Sentinel進(jìn)程合作,當(dāng)多個Sentinel同一給定的master無法再繼續(xù)提供服務(wù),就會執(zhí)行故障檢測,這會降低誤報的可能性.

五、Redis Sentinel功能

Redis Sentinel在Redis高可用方案中主要作用有如下功能：

• 監(jiān)控
  Sentinel會不斷的檢查master和slave是否像預(yù)期那樣正常運(yùn)行
• 通知
  通過API,Sentinel能夠通知系統(tǒng)管理員、程序監(jiān)控的Redis實例出現(xiàn)了故障
• 自動故障轉(zhuǎn)移
  如果master不像預(yù)想中那樣正常運(yùn)行,Sentinel可以啟動故障轉(zhuǎn)移過程,其中的一個slave會提成為master,其它slave會重新配置來使用新的master,使用Redis服務(wù)的應(yīng)用程序,當(dāng)連接時,也會被通知使用新的地址.
• 配置提供者
  Sentinel可以做為客戶端服務(wù)發(fā)現(xiàn)的認(rèn)證源：客戶端連接Sentinel來獲取目前負(fù)責(zé)給定服務(wù)的Redis master地址.如果發(fā)生故障轉(zhuǎn)移,Sentinel會報告新的地址.

六、Redis Sentinel架構(gòu)

七、Redis Sentinel實現(xiàn)原理

Sentinel集群對自身和Redis主從復(fù)制進(jìn)行監(jiān)控.當(dāng)發(fā)現(xiàn)Master節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時,會經(jīng)過如下步驟：

• 1)Sentinel之間進(jìn)行選舉,選舉出一個leader,由選舉出的leader進(jìn)行failover
• 2)Sentinel leader選取slave節(jié)點(diǎn)中的一個slave作為新的Master節(jié)點(diǎn).對slave選舉需要對slave進(jìn)行選舉的方法如下：a)?與master斷開時間
  如果與master斷開的時間超過down-after-milliseconds(sentinel配置) * 10秒加上從sentinel判定master不可用到sentinel開始執(zhí)行故障轉(zhuǎn)移之間的時間,就認(rèn)為該slave不適合提升為master.

  b)?slave優(yōu)先級
  每個slave都有優(yōu)先級,保存在redis.conf配置文件里.如果優(yōu)先級相同,則繼續(xù)進(jìn)行.

  c) 復(fù)制偏移位置
  復(fù)制偏移紀(jì)錄著從master復(fù)制數(shù)據(jù)復(fù)制到哪里,復(fù)制偏移越大表明從master接受的數(shù)據(jù)越多,如果復(fù)制偏移量也一樣,繼續(xù)進(jìn)行選舉

  d)?Run ID
  選舉具有最小Run ID的Slave作為新的Master
  流程圖如下：

• 3) ?Sentinel leader會在上一步選舉的新master上執(zhí)行slaveof no one操作,將其提升為master節(jié)點(diǎn)
• 4)Sentinel leader向其它slave發(fā)送命令,讓剩余的slave成為新的master節(jié)點(diǎn)的slave
• 5)Sentinel leader會讓原來的master降級為slave,當(dāng)恢復(fù)正常工作,Sentinel leader會發(fā)送命令讓其從新的master進(jìn)行復(fù)制
  以上failover操作均有sentinel自己獨(dú)自完成,完全無需人工干預(yù).

總結(jié)

使用sentinel實現(xiàn)了Redis的高可用,當(dāng)master出現(xiàn)故障時,完全無需人工干預(yù)即可實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移.避免了對業(yè)務(wù)的影響,提高了運(yùn)維工作效率.
在部署sentinel的時候,建議使用奇數(shù)個sentinel節(jié)點(diǎn),最少三個sentinel節(jié)點(diǎn).

寫在最后

由于sentinel知識點(diǎn)比較多,這里僅給大家進(jìn)行介紹,讓大家有個了解,想了解更多可與我聯(lián)系.謝謝.

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