Redis哨兵的详解
1 哨兵的作用
哨兵是redis集群架构中非常重要的一个组件,主要功能如下:
- 集群监控:负责监控redis master和slave进程是否正常工作
- 消息通知:如果某个redis实例有故障,那么哨兵负责发送消息作为报警通知给管理员
- 故障转移:如果master node挂掉了,会自动转移到slave node上
- 配置中心:如果故障转移发生了,通知client客户端新的master地址
2 哨兵的核心知识
- 故障转移时,判断一个master node是宕机了,需要大部分的哨兵都同意才行,涉及到了分布式选举的问题
- 哨兵至少需要3个实例,来保证自己的健壮性
- 哨兵 + redis主从的部署架构,是不会保证数据零丢失的,只能保证redis集群的高可用性
3 sdown和odown
- sdown和odown两种失败状态
- sdown是主观宕机,就一个哨兵如果自己觉得一个master宕机了,那么就是主观宕机
- odown是客观宕机,如果quorum数量的哨兵都觉得一个master宕机了,那么就是客观宕机
- sdown达成的条件:如果一个哨兵ping一个master,超过了is-master-down-after-milliseconds指定的毫秒数之后,就主观认为master宕机
- odown达成的条件:如果一个哨兵在指定时间内,收到了quorum指定数量的其他哨兵也认为那个master是sdown了,那么就认为是odown了,客观认为master宕机
4 quorum和majority
- quorum:确认odown的最少的哨兵数量
- majority:授权进行主从切换的最少的哨兵数量
- 每次一个哨兵要做主备切换,首先需要quorum数量的哨兵认为odown,然后选举出一个哨兵来做切换,这个哨兵还得得到majority哨兵的授权,才能正式执行切换
- 如果quorum < majority,比如5个哨兵,majority就是3,quorum设置为2,那么就3个哨兵授权就可以执行切换,但是如果quorum >= majority,那么必须quorum数量的哨兵都授权,比如5个哨兵,quorum是5,那么必须5个哨兵都同意授权,才能执行切换
5 为什么哨兵至少3个节点
哨兵集群必须部署2个以上节点。如果哨兵集群仅仅部署了个2个哨兵实例,那么它的majority就是2(2的majority=2,3的majority=2,5的majority=3,4的majority=2),如果其中一个哨兵宕机了,就无法满足majority>=2这个条件,那么在master发生故障的时候也就无法进行主从切换。
6 脑裂以及redis数据丢失
主备切换的过程,可能会导致数据丢失
(1)异步复制导致的数据丢失
因为master -> slave的复制是异步的,所以可能有部分数据还没复制到slave,master就宕机了,此时这些部分数据就丢失了
(2)脑裂导致的数据丢失
脑裂,也就是说,某个master所在机器突然脱离了正常的网络,跟其他slave机器不能连接,但是实际上master还运行着
此时哨兵可能就会认为master宕机了,然后开启选举,将其他slave切换成了master,这个时候,集群里就会有两个master,也就是所谓的脑裂。
此时虽然某个slave被切换成了master,但是可能client还没来得及切换到新的master,还继续写向旧master的数据可能也丢失了,因此旧master再次恢复的时候,会被作为一个slave挂到新的master上去,自己的数据会清空,重新从新的master复制数据
7 如何尽可能减少数据丢失
下面两个配置可以减少异步复制和脑裂导致的数据丢失:
min-slaves-to-write 1
min-slaves-max-lag 10
解释:要求至少有1个slave,数据复制和同步的延迟不能超过10秒,如果说一旦所有的slave,数据复制和同步的延迟都超过了10秒钟,那么这个时候,master就不会再接收任何请求了
(1)减少异步复制的数据丢失
有了min-slaves-max-lag这个配置,就可以确保说,一旦slave复制数据和ack延时太长,就认为可能master宕机后损失的数据太多了,那么就拒绝写请求,这样可以把master宕机时由于部分数据未同步到slave导致的数据丢失降低的可控范围内
(2)减少脑裂的数据丢失
如果一个master出现了脑裂,跟其他slave丢了连接,那么上面两个配置可以确保说,如果不能继续给指定数量的slave发送数据,而且slave超过10秒没有给自己ack消息,那么就直接拒绝客户端的写请求,这样脑裂后的旧master就不会接受client的新数据,也就避免了数据丢失
上面的配置就确保了,如果跟任何一个slave丢了连接,在10秒后发现没有slave给自己ack,那么就拒绝新的写请求。
因此在脑裂场景下,最多就丢失10秒的数据
8 哨兵集群的自动发现机制
哨兵互相之间的发现,是通过redis的pub/sub系统实现的,每个哨兵都会往sentinel:hello这个channel里发送一个消息,这时候所有其他哨兵都可以消费到这个消息,并感知到其他的哨兵的存在
每隔两秒钟,每个哨兵都会往自己监控的某个master+slaves对应的sentinel:hello channel里发送一个消息,内容是自己的host、ip和runid还有对这个master的监控配置
每个哨兵也会去监听自己监控的每个master+slaves对应的sentinel:hello channel,然后去感知到同样在监听这个master+slaves的其他哨兵的存在
每个哨兵还会跟其他哨兵交换对master的监控配置,互相进行监控配置的同步
9 slave配置的自动纠正
哨兵会负责自动纠正slave的一些配置,比如slave如果要成为潜在的master候选人,哨兵会确保slave在复制现有master的数据; 如果slave连接到了一个错误的master上,比如故障转移之后,那么哨兵会确保它们连接到正确的master上
10 master选举算法
如果一个master被认为odown了,而且majority哨兵都允许了主备切换,那么某个哨兵就会执行主备切换操作,此时首先要选举一个slave来。
选举的时候会考虑slave的一些信息:
- 跟master断开连接的时长
- slave优先级
- 复制offset
- run id
如果一个slave跟master断开连接已经超过了down-after-milliseconds的10倍,外加master宕机的时长,那么slave就被认为不适合选举为master,计算公式如下:
(down-after-milliseconds * 10) + milliseconds_since_master_is_in_SDOWN_state
接下来会对slave进行排序
(1)按照slave优先级进行排序,slave priority越低,优先级就越高
(2)如果slave priority相同,那么看replica offset,哪个slave复制了越多的数据,offset越靠后,优先级就越高
(3)如果上面两个条件都相同,那么选择一个run id比较小的那个slave
11 configuration epoch
哨兵会对一套redis master+slave进行监控,有相应的监控的配置
执行切换的那个哨兵,会从要切换到的新master(salve->master)那里得到一个configuration epoch,这就是一个version号,每次切换的version号都必须是唯一的
如果第一个选举出的哨兵切换失败了,那么其他哨兵,会等待failover-timeout时间,然后接替继续执行切换,此时会重新获取一个新的configuration epoch,作为新的version号
12 configuraiton传播
哨兵完成切换之后,会在自己本地更新生成最新的master配置,然后同步给其他的哨兵,就是通过之前说的pub/sub消息机制
这里之前的version号就很重要了,因为各种消息都是通过一个channel去发布和监听的,所以一个哨兵完成一次新的切换之后,新的master配置是跟着新的version号的
其他的哨兵都是根据版本号的大小来更新自己的master配置的
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