Redis Sentinel 高可用架构

Redis 主从复制

基础架构

要了解 Redis 的高可用架构，首先要了解 Redis 主从复制的过程。

构建高可用架构的基础是构建多个数据相同的节点。我们这里构建了三个 Redis 节点，一个 master 主节点和两个 slave 从属节点，形成一主两从的小集群。这是最常见的 Redis 集群形态。

• Master 主节点：主要负责数据的写入操作。
• Slave 从属节点：分担来自应用的读取压力，可以配置读写分离。

主从复制过程

Redis 主从复制的背后原理如下：

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1. 建立连接：当 Redis 的 slave 向 master 建立连接时，执行 SLAVE OF 命令。
2. 生成快照：作为 Redis 主节点，执行 BGSAVE 命令生成一个 RDB 快照。RDB 是 Redis 中的一种数据备份方式，会将内存中的数据以二进制文件形式在本地保存。
3. 发送快照：将生成的 RDB 快照发送到从属服务器上。
4. 数据还原：从属服务器接收到 RDB 快照后，读取并还原数据，确保主从数据一致。
5. 命令转发：初始化完毕后，主服务器每接收到一个写命令，会将该命令转发给所有从属服务器，从属服务器重新执行命令，保持数据一致。

主从复制缺点

如果 Redis master 主节点挂掉，整个小集群就会瘫痪，这是现实应用中不允许的。

Redis Sentinel 高可用架构

Sentinel 架构概述

Redis 官方提供了一个名为 Sentinel 的高可用集群架构方案。

Sentinel（哨兵）就像一个哨兵一样（本质是监听程序），为 Redis 集群保驾护航。

Sentinel 集群推荐至少六个节点，其中三个 Sentinel 和三个 Redis 主从。

• Sentinel 集群：由三台 Sentinel 服务器构建，其中一个为 leader 领导者角色。
• 健康状态检测：每个 Sentinel 节点会向 Redis 主从实例发送 PING 命令，确保健康状态，形成网状通信结构。

每个 Sentinel 以每秒钟一次的频率向它所知的Master，Slavel以及其他Sentinel实例发送一个PING命令。

故障检测与转移

当 Redis master 因某种原因挂掉，Sentinel 会执行以下步骤：

1. 主观下线：

   • Sentinel leader 向 master 发起请求，超时无响应
   • 如果一个实例 (instance) 距离最后一次有效回复PING命令的时间超过 own-after-milliseconds 选项所指定的值，刚这个实例会被 Sentinel 标记为主观下线。
   • 主观下线可能是网络通信不畅导致的误判。

2. 客观下线：

   • Sentinel leader 通知其他 Sentinel 节点向 master 发起 PING 请求。
   • 如果足够数量的 Sentinel 节点在指定范围内确认 master 无响应，则标记为客观下线，认为 master 真正宕机。

3. 故障转移：选择新主节点 -> 剔除无效从属节点，选出数据最完整的 slave 节点作为新主节点。

   • 剔除主观认为已下线、断线或超过一定时长无响应的从属节点。
     
   • 剔除与失效主服务器连接断开时长超过 down-after 选项时长十倍的从属节点。
   • 根据同步数据的偏移量选出数据最完整的 slave 节点。
   • 如果多个 slave 数据完全同步，则按编号从小到大顺序提升。
   • 提升新主节点：Sentinel leader 向新主节点下达 SLAVE OF NO ONE 命令，提升为主节点。
   • 更新配置：其他 Sentinel 节点订阅新主节点消息，更新本地配置文件。
   • 重建连接：Sentinel leader 向所有从属服务器下达 SLAVE OF 命令，与新主节点建立连接，重新同步数据。
   • 旧主节点恢复：原有 master 恢复后，降级为 slave，与新主节点全量同步数据。

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Sentinel 自身高可用

Sentinel 本身通过 raft 算法进行选举，确保高可用。

• 选举过程

  • 集群中超过半数节点投票通过，节点成为主服务器（leader），负责故障转移和命令下达。
  • leader 挂掉后，剩余节点重新选举新的 leader。

• 节点发现

  • 每个 Sentinel 节点接入后，将自己的信息注册到 master 节点上。

• Sentinel 节点通过 master 获取其他 Sentinel 节点的 IP 地址信息，进行选举和通信。

总结

Redis Sentinel 高可用集群通过故障检测、选举新主节点、更新配置和重建连接等步骤，确保 Redis 集群的高可用性。

Sentinel 自身通过 raft 算法进行选举，保证服务不中断。