分布式Redis深度歷險(xiǎn)-Sentinel

上一篇介紹了redis的主從服務(wù)器之間是如何同步數(shù)據(jù)的。試想下，在一主一從或一主多從的結(jié)構(gòu)下，如果主服務(wù)器掛了，整個(gè)集群就不可用了，單點(diǎn)問(wèn)題并沒(méi)有解決。Redis使用Sentinel解決該問(wèn)題，保障集群的高可用。

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如何保障集群高可用

保障集群高可用，要具備如下能力：

• 能監(jiān)測(cè)服務(wù)器的狀態(tài)，當(dāng)主服務(wù)器不可用時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)

• 當(dāng)主服務(wù)器不可用時(shí)，選擇一臺(tái)最合適的從服務(wù)器替代原有主服務(wù)器

• 存儲(chǔ)相同數(shù)據(jù)的主服務(wù)器同一時(shí)刻只有一臺(tái)

要實(shí)現(xiàn)上述功能，最直觀(guān)的做法就是，使用一臺(tái)監(jiān)控服務(wù)器來(lái)監(jiān)視Redis
服務(wù)器的狀態(tài)。

監(jiān)控服務(wù)器和主從服務(wù)器間維護(hù)一個(gè)心跳連接，當(dāng)超出一定時(shí)間沒(méi)有收到主服務(wù)器心跳時(shí)，主服務(wù)器就會(huì)被標(biāo)記為下線(xiàn)，然后通知從服務(wù)器上線(xiàn)成為主服務(wù)器。

當(dāng)原來(lái)的主服務(wù)器上線(xiàn)后，監(jiān)控服務(wù)器會(huì)將其轉(zhuǎn)換為從服務(wù)器。

按照上述流程似乎解決了集群高可用的問(wèn)題，但似乎有哪里不對(duì)：如果監(jiān)控服務(wù)器出了問(wèn)題怎么辦？我們可以在加上一個(gè)從監(jiān)控服務(wù)器，當(dāng)主服務(wù)器不可用的時(shí)候頂上。

但問(wèn)題是誰(shuí)來(lái)監(jiān)控’監(jiān)控服務(wù)器’呢？子子孫孫無(wú)窮盡也。。

先把疑問(wèn)放在一旁，先來(lái)看下Redis Sentinel集群的實(shí)現(xiàn)

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Sentinel

和上一小節(jié)的想法一樣，Redis通過(guò)增加額外的Sentinel服務(wù)器來(lái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)服務(wù)器，Sentinel會(huì)與所有的主服務(wù)器和從服務(wù)器保存連接，用以監(jiān)聽(tīng)服務(wù)器狀態(tài)以及向服務(wù)器下達(dá)命令。

Sentinel本身是一個(gè)特殊狀態(tài)的Redis服務(wù)器，啟動(dòng)命令：
redis-server /xxx/sentinel.conf --sentinel,sentinel模式下的啟動(dòng)流程與普通redis server是不一樣的，比如說(shuō)不會(huì)去加載RDB文件以及AOF文件，本身也不會(huì)存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。

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與主服務(wù)器建立連接

Sentinel啟動(dòng)后，會(huì)與配置文件中提供的所有主服務(wù)器建立兩個(gè)連接，一個(gè)是命令連接，一個(gè)是訂閱連接。

命令連接用于向服務(wù)器發(fā)送命令。

訂閱連接則是用于訂閱服務(wù)器的_sentinel_:hello頻道，用于獲取其他Sentinel信息，下文會(huì)詳細(xì)說(shuō)。

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獲取主服務(wù)器信息

Sentinel會(huì)以一定頻率向主服務(wù)器發(fā)送Info命令獲取信息，包括主服務(wù)器自身的信息比如說(shuō)服務(wù)器id等，以及對(duì)應(yīng)的從服務(wù)器信息，包括ip和port。Sentinel會(huì)根據(jù)info命令返回的信息更新自己保存的服務(wù)器信息，并會(huì)與從服務(wù)器建立連接。

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獲取從服務(wù)器信息

與和主服務(wù)器的交互相似，Sentinel也會(huì)以一定頻率通過(guò)Info命令獲取從服務(wù)器信息，包括：從服務(wù)器ID，從服務(wù)器與主服務(wù)器的連接狀態(tài)，從服務(wù)器的優(yōu)先級(jí)，從服務(wù)器的復(fù)制偏移等等。

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向服務(wù)器訂閱和發(fā)布消息

在如何保障集群高可用小節(jié)留下了一個(gè)疑問(wèn)：用如何保證監(jiān)視服務(wù)器的高可用？ 在這里我們可以先給出簡(jiǎn)單回答：用一個(gè)監(jiān)視服務(wù)器集群（也就是Sentinel集群）。如何實(shí)現(xiàn)，如何保證監(jiān)視服務(wù)器的一致性暫且先不說(shuō)，我們只要記住需要用若干臺(tái)Sentinel來(lái)保障高可用，那一個(gè)Sentinel是如何感知其他的Sentinel的呢？

前面說(shuō)過(guò)，Sentinel在與服務(wù)器建立連接時(shí)，會(huì)建立兩個(gè)連接，其中一個(gè)是訂閱連接。Sentinel會(huì)定時(shí)的通過(guò)訂閱連接向_sentinel_:hello頻道頻道發(fā)送消息（對(duì)Redis發(fā)布訂閱功能不太了解的同學(xué)可以去去了解下），其中包括：

• Sentinel本身的信息，如ip地址、端口號(hào)、配置紀(jì)元（見(jiàn)下文）等

• Sentinel監(jiān)視的主服務(wù)器的信息，包括ip、端口、配置紀(jì)元（見(jiàn)下文）等

同時(shí)，Sentinel也會(huì)訂閱_sentinel_:hello頻道的消息，也就是說(shuō)Sentinel即向該頻道發(fā)布消息，又從該頻道訂閱消息。

Sentinel有一個(gè)字典對(duì)象sentinels，保存著監(jiān)視同一主服務(wù)器的其他所有Sentinel服務(wù)器，當(dāng)一個(gè)Sentinel接收到來(lái)自_sentinel_:hello頻道的消息時(shí)，會(huì)先比較發(fā)送該消息的是不是自己，如果是則忽略，否則將更新sentinels中的內(nèi)容，并對(duì)新的Sentinel建立連接。

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主觀(guān)下線(xiàn)

Sentinel默認(rèn)會(huì)以每秒一次的頻率向所有建立連接的服務(wù)器（主服務(wù)器，從服務(wù)器，Sentinel服務(wù)器）發(fā)送PING命令，如果在down-after-milliseconds內(nèi)都沒(méi)有收到有效回復(fù),Sentinel會(huì)將該服務(wù)器標(biāo)記為主觀(guān)下線(xiàn)，代表該Sentinel認(rèn)為這臺(tái)服務(wù)器已經(jīng)下線(xiàn)了。需要注意的是不同Sentinel的down-after-milliseconds是可以不同的。

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客觀(guān)下線(xiàn)

為了確保服務(wù)器真的已經(jīng)下線(xiàn)，當(dāng)Sentinel將某個(gè)服務(wù)器標(biāo)記為主觀(guān)下線(xiàn)后，它會(huì)向其他的Sentinel實(shí)例發(fā)送Sentinel is-master-down-by-addr命令，接收到該命令的Sentinel實(shí)例會(huì)回復(fù)主服務(wù)器的狀態(tài)，代表該Sentinel對(duì)該主服務(wù)器的連接情況。

Sentinel會(huì)統(tǒng)計(jì)發(fā)出的所有Sentinel is-master-down-by-addr命令的回復(fù)，并統(tǒng)計(jì)同意將主服務(wù)器下線(xiàn)的數(shù)量，如果該數(shù)量超出了某個(gè)閾值，就會(huì)將該主服務(wù)器標(biāo)記為客觀(guān)下線(xiàn)。

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選舉領(lǐng)頭Sentinel

當(dāng)Sentinel將一個(gè)主服務(wù)器標(biāo)記為客觀(guān)下線(xiàn)后，監(jiān)視該服務(wù)器的各個(gè)Sentinel會(huì)通過(guò)Raft算法進(jìn)行協(xié)商，選舉出一個(gè)領(lǐng)頭的Sentinel。
建議你先看Raft算法的基礎(chǔ)知識(shí)，再來(lái)看下文。

規(guī)則：

• 所有的Sentinel都有可能成為領(lǐng)頭Sentinel的資格

• 每次選舉后，無(wú)論有沒(méi)有選出領(lǐng)頭Sentinel，配置紀(jì)元都會(huì)+1

• 在某個(gè)紀(jì)元里，每個(gè)Sentinel都有為投票的機(jī)會(huì)

• 我們稱(chēng)要求其他人選舉自己的Sentinel稱(chēng)為源Sentinel，將被要求投票的Sentinel稱(chēng)為目標(biāo)Sentinel

• 每個(gè)發(fā)現(xiàn)主服務(wù)器被標(biāo)記為客觀(guān)下線(xiàn)且還沒(méi)有被其他Sentinel要求投票的Sentinel都會(huì)要求其他Sentinel將自己設(shè)置為頭

• 目標(biāo)Sentinel在一個(gè)配置紀(jì)元里，一旦為某個(gè)Sentinel（也可能是它自己）投票后，對(duì)于之后收到的要求投票的命令，將拒絕

• 目標(biāo)Sentinel對(duì)于要求投票的命令將回復(fù)自己選舉的Sentinel的id以及當(dāng)前配置紀(jì)元

• 源Sentinel在接收到要求投票的回復(fù)后：如果回復(fù)的配置紀(jì)元與自己的相同，則再檢測(cè)目標(biāo)Sentinel選舉的頭Sentinel是不是自己

• 如果某個(gè)Sentinel被半數(shù)以上的Sentinel設(shè)置成了領(lǐng)頭Sentinel，那它將稱(chēng)為領(lǐng)頭Sentinel

• 一個(gè)配置紀(jì)元只會(huì)選出一個(gè)頭（因?yàn)橐粋€(gè)頭需要半數(shù)以上的支持）

• 如果在給定時(shí)間內(nèi)，還沒(méi)有選出頭，則過(guò)段時(shí)間再次選舉（配置紀(jì)元會(huì)+1）

還記得我們?cè)谖恼麻_(kāi)頭提出的如何保證Redis服務(wù)器高可用的問(wèn)題嗎？
答案就是使用若干臺(tái)Sentinel服務(wù)器，通過(guò)Raft一致性算法來(lái)保障集群的高可用，只要Sentinel服務(wù)器有一半以上的節(jié)點(diǎn)都正常，那集群就是可用的。

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故障轉(zhuǎn)移

領(lǐng)頭Sentinel將會(huì)進(jìn)行以下3個(gè)步驟進(jìn)行故障轉(zhuǎn)移：

1.在已下線(xiàn)主服務(wù)器的所有從服務(wù)器中，挑選出一個(gè)作為新的主服務(wù)器

2.將其他從服務(wù)器的主服務(wù)器設(shè)置成新的

3.將已下線(xiàn)的主服務(wù)器的role改成從服務(wù)器，并將其主服務(wù)器設(shè)置成新的，當(dāng)該服務(wù)器重新上線(xiàn)后，就會(huì)一個(gè)從服務(wù)器的角色繼續(xù)工作

第一步中挑選新的主服務(wù)器的規(guī)則如下：

1.過(guò)濾掉所有已下線(xiàn)的從服務(wù)器

2.過(guò)濾掉最近5秒沒(méi)有回復(fù)過(guò)Sentinel命令的從服務(wù)器

3.過(guò)濾掉與原主服務(wù)器斷開(kāi)時(shí)間超過(guò)down-after-milliseconds*10的從服務(wù)器

4.根據(jù)從服務(wù)器的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，選擇優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)

5.如果有多個(gè)從服務(wù)器優(yōu)先級(jí)相同，則選取復(fù)制偏移量最大的那個(gè)

6.如果上一步的服務(wù)器還有多個(gè)，則選取id最小的那個(gè)

新聞標(biāo)題：分布式Redis深度歷險(xiǎn)-Sentinel
當(dāng)前鏈接：http://bm7419.com/article12/igdggc.html

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