redis 主从复制

(自己学习笔记,可能存在很多错误，望大佬不理赐教)

redis单机的问题

　　问题1：机器故障

　　　　（1现象：硬盘故障、系统崩溃

　　　　  (2) 本质 : 数据丢失，可能会对业务造成灾难性打击

　　问题2：容量瓶颈

　　　　  (1) 内存不足

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高可用，同时实现数据冗余备份。

 

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多台服务器连接方案

　　使用一台服务器专门写数据(master) 、多台服务器读数据(slave)

　　• 数据提供方: master 

　　　　主服务器，主节点，主库 

　　　　主客户端

　　•  数据接收方 : 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：

　　　　将master的数据复制到slave中

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主从复制：

　　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

　　　　　　执行写数据时，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)

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主从复制的作用：

　　1.读写分离：master写、slave读，提高服务器的读写负载能力

　　2.负载均衡：基于主从结构、配合读写分离，由slave分担master负载，并根据需求变化，改变slave的数量，通过多个节点分担数据读取负载，从而提高redis服务器的并发量和数据吞吐量

　　3.故障恢复：当master出现问题时，有slave提供服务，实现快速的故障恢复

　　4.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

　　5.高可用基石：基于主从复制，构建哨兵模式和集群，实现redis高可用

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主从复制工作流程：

　　大体可用分为三个阶段：

　　　　（1）slave与master建立连接。

　　　　（2）master同步数据到slave  数据同步阶段

　　　　（3）命令传播阶段  （反复同步数据）

一、 建立连接阶段：

　　1.设置master的地址和端口，保存master信息

　　　　① slave发送指令：slaveof ip port

　　　　② master 接收到指令，响应对方

　　　　③slave保存master的ip与端口  masterhost  masterport

　　2.建立socket连接

　　　　④slave根据保存的信息创建连接master的socket

　　3.发送ping指令(定时任务)

　　　　⑤slave周期性的发送ping指令

　　　　⑥ master响应pong

　　4.身份验证

　　　　⑦slave发送指定： auth password

　　　　⑧master 验证授权

　　5.发送slave端口信息

　　　　⑨slave 发送指令：replconf listening-port<port-number>

　　　　⑩master保存slave端口号

 

　　状态：

　　　　slave：保存master的地址与端口

　　　　master：保存slave端口

　　　　两者之间建立了连接的scoket

 

 主从连接(slave连接master）：

　　方式一：客户端发送命令

　　　　slaveof   <masterIP> <masterPort>

　　方式二：启动服务器参数

　　　　redis-server  --slaveof  <masterIp> <masterPort>

　　方式三：服务器配置

　　　　conf文件下     slaveof <masterIp> <masterPort>

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>

 

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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中

　　将slave的数据库状态更新为master当前的数据状态

　　(简要版)

　　　　1.请求同步数据

　　　　　　①slave发送指令 psync2

　　　　2.创建RDB同步数据

　　　　　　② master执行bgsave

　　　　　　③ master 第一个slave连接时，创建命令缓冲区(接收命令 aof 持久化)

　　　　　　④master 生成RDB文件，通过socket发送给slave

　　　　3.恢复RDB同步数据

　　　　　　⑤slave  接收RDB，清空数据，执行RDB文件恢复过程

　　　　4.请求部分同步数据

　　　　　　⑥slave发送命令告知RDB恢复已经完成

　　　　5.恢复部分同步数据

　　　　　　⑦master发送复制缓冲区信息

　　　　　　⑧slave 接收信息，执行bgrewriteaof，恢复数据

　　①~⑤ 成为全量复制   ⑥~⑧ 成为部分复制

 

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：

　　　完成数据克隆

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数据同步注意事项：

　　数据同步阶段master说明:

　　　　1.如果master数据量巨大，数据同步阶段应该避开流量高峰期，避免造成master阻塞，影响业务正常执行。

　　　　2.复制缓冲区大小设置不合理，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。

　　　　　　repl-backlog-size 1mb    设置缓冲区大小 默认1mb

　　　　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 服务器相应阻塞或数据不同步，建议关闭此期间的对外服务

　　　　　　　salve-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与最顶层的master间数据同步延迟较大，数据一致性变差，应谨慎选择。

 

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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库同步到一致的状态，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接收到命令后执行。

　　命令传播阶段的部分复制：

　　　　• 命令传播的时候出现断网现象

　　　　　　•网络闪断闪连   忽略

　　　　　　•短时间网路哦中断   部分复制

　　　　　　•长时间网路中断   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

　　　　　　• 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

　　　　　　•运行id 由40位字符组成，是一个随机的十六进制字符，

　　　　　　•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。

　　　　　　•运行id在每台服务器启动时自动生成，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run id

 

　　　　复制积压缓冲区（复制缓冲区）

　　　　　　• 复制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都会讲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是1M，由于存储空间大小时固定的，当入队的元素大于队列长度时，最先入队的元素会被弹出，而新的元素会放入队列

　　　　　　•由来：每台服务器启动时，如果开启有AOF或被连接为master节点时，即创建复制缓存区

　　　　　　•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，还将该指令存到缓冲区中 

　　　　　　　　

　　　　　　复制缓冲区内部工作原理　　

　　　　　　　　• 组成：  偏移量、子节值

　　　　　　　　•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

　　　　

　　　　　　主从复制偏移量(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

 

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数据同步+命令传播阶段工作流程

　　① slave发送指令：

　　　　　　　　　　psync2  ？ -1 （首次发送不知道rundi以及偏移量）

　　　　　　　　　　psync2   <runid> <offset> （携带runid以及偏移量）
　　② master 执行bgsave生成RDB文件，记录当前的复制偏移量offset

　　③ master发送 +FULLRESYNC  runid  offset 通过socket发送RDB文件给slave   （期间接收客户端指令，offset发生了变化）　　

　　④slave 收到+FULLRESYNC   保存master的runid和offset 清空当前全部数据，通过socket接收RDB文件，恢复RDB数据

　　⑤slave 发送psync2  runid  offset

　　⑥ master接收命令，判断runid是否存在，判定offset是否在复制缓冲区中

　　⑦如果 runid 或 offset有一个不满足，执行全量复制 

　　⑦ 如果 runid 或 offset 校验通过，offset 与 offset 相同，忽略

　　⑦如果 runid 或 offset 校验通过，offset 或 offset 不同 发送 +CONTINUE offset  通过socket发送复制缓冲区中的 offset 到 offset 的数据

　　⑧slave 收到+CONTINUE 保存master的 offset 接收信息后，执行bgrewriteaof, 恢复数据

 

　　①~④ 全量复制    ⑥~⑧ 部分复制

 

　　心跳机制

　　　　• 在进入命令传播阶段，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：

　　　　　　•指令：REPLCONF  ACK(offset)

　　　　　　•周期 ： 1秒

　　　　　　•作用1：汇报slave自己复制的偏移量，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-slvaes-max-lag 8

　　　　　　　　slave数量少于2个时，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

　　命令传播阶段

　　　　①slave 发送命令：replconf ack offset

　　　　②master：接收命令，判定offset是否在复制缓冲区中

　　　　③如果不在缓冲区，执行全量复制

　　　　③如果在缓冲区，且offset与offset相同，忽略

　　　　③如果在缓冲区，且offset与offset不同，发送+CONTINUE offset 通过socket发送复制缓冲区中的offset到offset的数据

　　　　④slvae 收到+CONTINUE 保存master的offset接收信息后，执行bgrewriteaof，恢复数据