Redis的Sentinel(哨兵)机制

Redis Sentinel是Redis的高可用实现方案。

Sentinel(哨兵)由来

Redis的主从复制模式可以将主节点的数据改变同步给从节点，这样从 节点就可以起到两个作用：

• 作为主节点的一个备份，一旦主节点出了故障不可达的情况，从节点可以作为后备“顶”上来，并且保证数据尽量不丢 失（主从复制是最终一致性）。
• 从节点可以扩展主节点的读能力，一旦主节点不能支撑住大并发量的读操作，从节点可以在一定程度上帮助主节 点分担读压力。

主从复制的问题：

• 一旦主节点出现故障，需要手动将一个从节点晋升为主节点，同时需 要修改应用方的主节点地址，还需要命令其他从节点去复制新的主节点，整 个过程都需要人工干预；
• 主节点的写能力受到单机的限制；
• 主节点的存储能力受到单机的限制；

当主节点出现故障时，Redis Sentinel能自动完成故障发现和故障转移， 并通知应用方，从而实现真正的高可用。

Redis Sentinel是一个分布式架构，其中包含若干个Sentinel节点和Redis 数据节点，每个Sentinel节点会对数据节点和其余Sentinel节点进行监控，当 它发现节点不可达时，会对节点做下线标识。如果被标识的是主节点，它还 会和其他Sentinel节点进行“协商”，当大多数Sentinel节点都认为主节点不可 达时，它们会选举出一个Sentinel节点来完成自动故障转移的工作，同时会 将这个变化实时通知给Redis应用方。

故障转移处理逻辑

1. 主节点出现故障，此时两个从节点与主节点失去连 接，主从复制失败;
2. 每个Sentinel节点通过定期监控发现主节点出现了故障;
3. 多个Sentinel节点对主节点的故障达成一致，选举出某个sentinel节点作为领导者负责故障转移；
4. Sentinel领导者节点执行了故障转移；

功能

Redis Sentinel具有以下几个功能：

• 监控：Sentinel节点会定期检测Redis数据节点、其余Sentinel节点是否 可达；
• 通知：Sentinel节点会将故障转移的结果通知给应用方；
• 主节点故障转移：实现从节点晋升为主节点并维护后续正确的主从关系；
• 配置提供者：在Redis Sentinel结构中，客户端在初始化的时候连接的是Sentinel节点集合，从中获取主节点信息；

Redis Sentinel包含了若个Sentinel节点，这样的好处：

• 对于节点的故障判断是由多个Sentinel节点共同完成，这样可以有效地 防止误判；
• ·Sentinel节点集合是由若干个Sentinel节点组成的，这样即使个别Sentinel 节点不可用，整个Sentinel节点集合依然是可用；

原理

Redis Sentinel通过三个定时监控任务完成对各个节点发现和监控：

• 每隔10秒，每个Sentinel节点会向主节点和从节点发送info命令获取 最新的拓扑结构；

  主节点上执行info replication：

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  4
  5
  # Replication
  role:master
  connected_slaves:2 
  slave0:ip=127.0.0.1,port=6380,state=online,offset=4917,lag=1
  slave1:ip=127.0.0.1,port=6381,state=online,offset=4917,lag=1
  

  Sentinel节点通过对上述结果进行解析就可以找到相应的从节点。

这个定时任务的作用：

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- 通过向主节点执行info命令，获取从节点的信息；
- 当有新的从节点加入时都可以立刻感知出来；
- 节点不可达或者故障转移后，可以通过info命令实时更新节点拓扑信息；

• 每隔2秒，每个Sentinel节点会向Redis数据节点的__sentinel__：hello 频道上发送该Sentinel节点对于主节点的判断以及当前Sentinel节点的信息,同时每个Sentinel节点也会订阅该频道，来了解其他 Sentinel节点以及它们对主节点的判断。
  • 发现新的Sentinel节点：通过订阅主节点的__sentinel__：hello了解其他 的Sentinel节点信息，如果是新加入的Sentinel节点，将该Sentinel节点信息保 存起来，并与该Sentinel节点创建连接
  • Sentinel节点之间交换主节点的状态，作为后面客观下线以及领导者选举的依据；
• 每隔1秒，每个Sentinel节点会向主节点、从节点、其余Sentinel节点发送一条ping命令做一次心跳检测，来确认这些节点当前是否可达;

主观下线和客观下线

主观下线

主观下线:每个Sentinel节点会每隔1秒对主节点、从节点、其他Sentinel节点发送ping命令做心跳检测，当这些节点超过down-after-milliseconds没有进行有效回复，Sentinel节点就会对该节点做失败判定，这个行为叫做主观下线。

客观下线

客观下线：当Sentinel主观下线的节点是主节点时，该Sentinel节点会通过sentinel is- master-down-by-addr命令向其他Sentinel节点询问对主节点的判断，当超过<quorum>个数，Sentinel节点认为主节点确实有问题，这时该Sentinel节点会做出客观下线的决定。

Sentinel节点选举

当Sentinel节点对于主节点已经做了客观下线以后，Sentinel节点之间会做一个领导者选举的工作，选出一个Sentinel节点作为领导者进行故障转移的工作，Redis使用了Raft算法实 现领导者选举。

Redis Sentinel选举思路：

1. 每个在线的Sentinel节点都有资格成为领导者，当它确认主节点主观下线时候，会向其他Sentinel节点发送sentinel is-master-down-by-addr命令， 要求将自己设置为领导者。
2. 收到命令的Sentinel节点，如果没有同意过其他Sentinel节点的sentinel is-master-down-by-addr命令，将同意该请求，否则拒绝。
3. 如果该Sentinel节点发现自己的票数已经大于等于max（quorum， num（sentinels）/2+1），那么它将成为领导者。
4. 如果此过程没有选举出领导者，将进入下一次选举。

示例

1. s1（sentinel-1）最先完成了客观下线，它会向s2（sentinel-2）和s3（sentinel-3）发送sentinel is-master-down-by-addr命令，s2和s3同意选其为领导者;
2. s1此时已经拿到2张投票，满足了大于等于max（quorum，num（sentinels）/2+1）=2的条件，所以此时s1成为领导者;

故障转移

领导者选举出的Sentinel节点负责故障转移，具体步骤如下：

1. 在从节点列表中选出一个节点作为新的主节点，选择方法如下：
   • 过滤：“不健康”（主观下线、断线）、5秒内没有回复过Sentinel节 点ping响应、与主节点失联超过down-after-milliseconds*10秒；
   • 选择slave-priority（从节点优先级）最高的从节点列表，如果存在则 返回，不存在则继续;
   • 选择复制偏移量最大的从节点（复制的最完整），如果存在则返回，不存在则继续;
   • 选择runid最小的从节点;
2. Sentinel领导者节点会对第一步选出来的从节点执行slaveof no one命 令让其成为主节点;
3. Sentinel领导者节点会向剩余的从节点发送命令，让它们成为新主节点的从节点，复制规则和parallel-syncs参数有关;
4. Sentinel节点集合会将原来的主节点更新为从节点，并保持着对其关注，当其恢复后命令它去复制新的主节点;

总结

1. Redis Sentinel是Redis的高可用实现方案：故障发现、故障自动转移、配置中心、客户端通知；
2. Redis Sentinel从Redis2.8版本开始才正式生产可用，之前版本生产不可用；
3. 尽可能在不同物理机上部署Redis Sentinel所有节点；
4. Redis Sentinel中的Sentinel节点个数应该为大于等于3且最好为奇数；
5. Redis Sentinel通过三个定时任务实现了Sentinel节点对于主节点、从节点、其余Sentinel节点的监控；
6. Redis Sentinel在对节点做失败判定时分为主观下线和客观下线；

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