Redis Sentinel-深入浅出原理和实战

Green

本篇博客会简单的介绍Redis的Sentinel相关的原理，同时也会在最后的文章给出硬核的实战教程，让你在了解原理之后，能够实际上手的体验整个过程。

之前的文章聊到了Redis的主从复制，聊到了其相关的原理和缺点，具体的建议可以看看我之前写的文章Redis的主从复制。
总的来说，为了满足Redis在真正复杂的生产环境的高可用，仅仅是用主从复制是明显不够的。例如，当master节点宕机了之后，进行主从切换的时候，我们需要人工的去做failover。
同时在流量方面，主从架构只能通过增加slave节点来扩展读请求，写能力由于受到master单节点的资源限制是无法进行扩展的。
这也是为什么我们需要引入Sentinel。

Sentinel
功能概览
Sentinel其大致的功能如下图。

Sentinel是Redis高可用的解决方案之一，本身也是分布式的架构，包含了多个Sentinel节点和多个Redis节点。而每个Sentinel节点会对Redis节点和其余的Sentinel节点进行监控。
当其发现某个节点不可达时，如果是master节点就会与其余的Sentinel节点协商。当大多数的Sentinel节点都认为master不可达时，就会选出一个Sentinel节点对master执行故障转移，并通知Redis的调用方相关的变更。
相对于主从下的手动故障转移，Sentinel的故障转移是全自动的，无需人工介入。
Sentinel自身高可用

666，那我怎么知道满足它自身的高可用需要部署多少个Sentinel节点？

因为Sentinel本身也是分布式的，所以也需要部署多实例来保证自身集群的高可用，但是这个数量是有个最低的要求，最低需要3个。

我去，你说3个就3个？我今天偏偏就只部署2个

你别杠...等我说了为什么就必须要3个...
因为哨兵执行故障转移需要大部分的哨兵都同意才行，如果只有两个哨兵实例，正常运作还好，就像这样。

如果哨兵所在的那台机器由于机房断电啊，光纤被挖啊等极端情况整个挂掉了，那么另一台哨兵即使发现了master故障之后想要执行故障转移，但是它无法得到任何其余哨兵节点的同意，此时也永远无法执行故障转移，那Sentinel岂不是成了一个摆设？
所以我们需要至少3个节点，来保证Sentinel集群自身的高可用。当然，这三个Sentinel节点肯定都推荐部署到不同的机器上，如果所有的Sentinel节点都部署到了同一台机器上，那当这台机器挂了，整个Sentinel也就不复存在了。

quorum&majority

大部分？大哥这可是要上生产环境，大部分这个数量未免也太敷衍了，咱就不能专业一点？

前面提到的大部分哨兵同意涉及到两个参数，一个叫quorum，如果Sentinel集群有quorum个哨兵认为master宕机了，就客观的认为master宕机了。另一个叫majority...

等等等等，不是已经有了一个叫什么quorum的吗？为什么还需要这个majority？

你能不能等我把话说完...
quorum刚刚讲过了，其作用是判断master是否处于宕机的状态，仅仅是一个判断作用。而我们在实际的生产中，不是说只判断master宕机就完了，我们不还得执行故障转移，让集群正常工作吗？
同理，当哨兵集群开始进行故障转移时，如果有majority个哨兵同意进行故障转移，才能够最终选出一个哨兵节点，执行故障转移操作。
主观宕机&客观宕机

你刚刚是不是提到了客观宕机？笑死，难不成还有主观宕机这一说？

Sentinel中认为一个节点挂了有两种类型：

Subjective Down，简称sdown，主观的认为master宕机
Objective Down，简称odown，客观的认为master宕机

当一个Sentinel节点与其监控的Redis节点A进行通信时，发现连接不上，此时这个哨兵节点就会主观的认为这个Redis数据A节点sdown了。为什么是主观？我们得先知道什么叫主观

未经分析推算，下结论、决策和行为反应，暂时不能与其他不同看法的对象仔细商讨，称为主观。

简单来说，因为有可能只是当前的Sentinel节点和这个A节点的网络通信有问题，其余的Sentinel节点仍然可以和A正常的通信。

这也是为什么我们需要引入odown，当大于等于了quorum个Sentinel节点认为某个节点宕机了，我们就客观的认为这个节点宕机了。
当Sentinel集群客观的认为master宕机，就会从所有的Sentinel节点中，选出一个Sentinel节点，来最终执行master的故障转移。
那这个故障转移具体要执行些什么操作呢？我们通过一个图来看一下。

通知调用的客户端master发生了变化
通知其余的原slave节点，去复制Sentinel选举出来的新的master节点
如果此时原来的master又重新恢复了，Sentinel也会让其去复制新的master节点。成为一个新的slave节点。

硬核教程

硬核教程旨在用最快速的方法，让你在本地体验Redis主从架构和Sentinel集群的搭建，并体验整个故障转移的过程。

前置要求

安装了docker
安装了docker-compose

准备compose文件
首先需要准备一个目录，然后分别建立两个子目录。如下。

$ tree .
.
├── redis
│   └── docker-compose.yml
└── sentinel
├── docker-compose.yml
├── sentinel1.conf
├── sentinel2.conf
└── sentinel3.conf
2 directories, 5 files

搭建Redis主从服务器
redis目录下的docker-compose.yml内容如下。

version: '3'
services:
master:
image: redis
container_name: redis-master
ports:
- 6380:6379
slave1:
image: redis
container_name: redis-slave-1
ports:
- 6381:6379
command:  redis-server --slaveof redis-master 6379
slave2:
image: redis
container_name: redis-slave-2
ports:
- 6382:6379
  command: redis-server --slaveof redis-master 6379

以上的命令，简单解释一下slaveof
就是让两个slave节点去复制container_name为redis-master的节点，这样就组成了一个简单的3个节点的主从架构

然后用命令行进入当前目录，直接敲命令docker-compose up即可，剩下的事情交给docker-compose去做就好，它会把我们所需要的节点全部启动起来。
此时我们还需要拿到刚刚我们启动的master节点的IP，简要步骤如下：

通过docker ps找到对应的master节点的containerID

$ docker ps
<p>CONTAINER ID    IMAGE         COMMAND          CREATED       STATUS        PORTS          NAMES</p>
<p>9f682c199e9b    redis         "docker-entrypoint.s…"   3 seconds ago     Up 2 seconds    0.0.0.0:6381-&gt;6379/tcp   redis-slave-1</p>
<p>2572ab587558    redis         "docker-entrypoint.s…"   3 seconds ago     Up 2 seconds    0.0.0.0:6382-&gt;6379/tcp   redis-slave-2</p>
f70a9d9809bc    redis         "docker-entrypoint.s…"   3 seconds ago     Up 2 seconds    0.0.0.0:6380-&gt;6379/tcp   redis-master

也就是f70a9d9809bc。

通过docker inspect f70a9d9809bc，拿到对应容器的IP，在NetworkSettings -> Networks -> IPAddress字段。

然后把这个值给记录下来，此处我的值为172.28.0.3。
搭建Sentinel集群
sentinel目录下的docker-compose.yml内容如下。

version: '3'
services:
sentinel1:
image: redis
container_name: redis-sentinel-1
ports:
- 26379:26379
command: redis-sentinel /usr/local/etc/redis/sentinel.conf
volumes:
- ./sentinel1.conf:/usr/local/etc/redis/sentinel.conf
sentinel2:
image: redis
container_name: redis-sentinel-2
ports:
26380:26379
command: redis-sentinel /usr/local/etc/redis/sentinel.conf
volumes:
- ./sentinel2.conf:/usr/local/etc/redis/sentinel.conf
sentinel3:
image: redis
container_name: redis-sentinel-3
ports:
- 26381:26379
command: redis-sentinel /usr/local/etc/redis/sentinel.conf
volumes:
- ./sentinel3.conf:/usr/local/etc/redis/sentinel.conf
networks:
default:
external:
    name: redis_default

同样在这里解释一下命令
redis-sentinel 命令让 redis 以 sentinel 的模式启动，本质上就是一个运行在特殊模式的 redis 服务器。
和 redis-server 的区别在于，他们分别载入了不同的命令表，sentinel 中无法执行各种redis中特有的 set get操作。

建立三份一模一样的文件，分别命名为sentinel1.conf、sentinel2.conf和sentinel3.conf。其内容如下：

port 26379
<p>dir "/tmp"</p>
<p>sentinel deny-scripts-reconfig yes</p>
<p>sentinel monitor mymaster 172.28.0.3 6379 2</p>
<p>sentinel config-epoch mymaster 1</p>
sentinel leader-epoch mymaster 1

可以看到，我们对于sentinel的配置文件中，sentinel monitor mymaster 172.28.0.3 6379 2表示让它去监听名为mymaster的master节点，注意此处的IP一定要是你自己master节点的IP，然后最后面的2就是我们之前提到的quorum。
然后命令行进入名为sentinel的目录下，敲docker-compose up即可。至此，Sentinel集群便启动了起来。
手动模拟master挂掉
然后我们需要手动模拟master挂掉，来验证我们搭建的Sentinel集群是否可以正常的执行故障转移。
命令行进入名为redis的目录下，敲入如下命令。

docker-compose pause master

此时就会将master容器给暂停运行，让我们等待10秒之后，就可以看到sentinel这边输出了如下的日志。

redis-sentinel-2 | 1:X 07 Dec 2020 01:58:05.459 # +sdown master mymaster 172.28.0.3 6379
<p>......</p>
<p>......</p>
<p>......</p>
redis-sentinel-1 | 1:X 07 Dec 2020 01:58:06.932 # +switch-master mymaster 172.28.0.3 6379 172.28.0.2 6379

得得得，你干什么就甩一堆日志文件上来？凑字数？你这样鬼能看懂？

的确，光从日志文件一行一行的看，就算是我自己过两周再来看，也是一脸懵逼。日志文件完整了描述了整个Sentinel集群从开始执行故障转移到最终执行完成的所有细节，但是在这里直接放出来不方便大家的理解。
所以为了让大家能够更加直观的了解这个过程，我简单的把过程抽象了成了一张图，大家看图结合日志，应该能够更容易理解。

里面关键的步骤步骤的相关解释我也一并放入了图片中。
最终的结果就是，master已经从我们最开始的172.28.0.3切换到了172.28.0.2，后者则是原来的slave节点之一。此时我们也可以连接到172.28.0.2这个容器里去，通过命令来看一下其现在的情况。

role:master
<p>connected_slaves:1</p>
<p>slave0:ip=172.28.0.4,port=6379,state=online,offset=18952,lag=0</p>
<p>master_replid:f0bf5d1c843ec3ab005c5ac2b864f7ffdc6a8217</p>
<p>master_replid2:72c43e1f9c05d4b08bea6bf9b2549997587e261c</p>
<p>master_repl_offset:18952</p>
<p>second_repl_offset:16351</p>
<p>repl_backlog_active:1</p>
<p>repl_backlog_size:1048576</p>
<p>repl_backlog_first_byte_offset:1</p>
repl_backlog_histlen:18952

可以看到，现在的172.28.0.2这个节点的角色已经变成了master，与其相连接的slave节点只有1个，因为现在的原master还没有启动起来，总共存活的只有2个实例。
原master重启启动
接下来我们模拟原master重新启动，来看一下会发什么什么。
还是通过命令行进入到名为redis的本地目录，通过docker-compose unpause master来模拟原master故障恢复之后的上线。同样我们连接到原master的机器上去。

$ docker exec -it f70a9d9809bc1e924a5be0135888067ad3eb16552f9eaf82495e4c956b456cd9 /bin/sh; exit<br><h1>redis-cli</h1><br>
127.0.0.1:6379&gt; info replication<br><h1>Replication</h1><br>
<p>role:slave</p>
<p>master_host:172.28.0.2</p>
<p>master_port:6379</p>
<p>master_link_status:up</p>
......

master断线重连之后，角色也变成了新的master（也就是172.28.0.2这个节点）的一个slave。
然后我们也可以通过再看一下新master节点的replication情况作证。

# Replication
<p>role:master</p>
<p>connected_slaves:2</p>
<p>slave0:ip=172.28.0.4,port=6379,state=online,offset=179800,lag=0</p>
<p>slave1:ip=172.28.0.3,port=6379,state=online,offset=179800,lag=1</p>
......

原master短线重连之后，其connected_slaves变成了2，且原master172.28.0.3被清晰的标注为了slave1，同样与我们开篇和图中所讲的原理相符合。

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[NoSQL] Redis Sentinel-深入浅出原理和实战

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