Redis 分布式 哨兵原理

环境说明

Linux（CentOS7.3）-Redis6.0.5源码编译版

Redis Sentinel 是一个能够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的分布式架构 ，他具备 监控、通知、自动故障转移等功能，哨兵的基本原理，包括：

  • 心跳机制
  • 主观下线、客观下线
  • Sentinel 选举

  • 故障转移

    心跳检查

    Sentinel 通过三个定时任务来完成对各个节点的发现和监控，这是保证 Redis 高可用的重要机制。

  • 1、每隔 10 秒，每个 Sentinel 节点会向已知的主从节点发送 info 命令获取最新的主从架构。下图是 info 命令的响应。

image.png
Sentinel 节点通过解析响应信息，就可以知道当前 Redis 数据节点的最新拓扑结构。如果是新增的节点，Sentinel 就会与其建立连接。

  • 2、每隔 2 秒，Sentinel 节点都会向主从节点的 _sentinel_:hello 频道发送自己的信息。目的有两个：
    1. 发现新的 Sentinel 节点
    2. 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择的依据。

发送的消息内容格式为：

  1. <哨兵地址>,<哨兵端口>,<哨兵的运行ID>,<哨兵的配置版本>,
  2. <主数据库的名称>,<主数据库的地址>,<主数据库的端口>,<主数据库的配置版本>
  • 3、每隔一秒，哨兵会每个主从节点、Sentinel 节点发送 PING 命令。该定时任务是哨兵心跳机制中的核心，它涉及到 Redis 数据节点的运行状态监控，哨兵领导者的选举等细节操作。当哨兵节点发送 PING 命令后，若超过 down-after-milliseconds 后，当前哨兵节点会认为该节点主观下线。

    主观下线、客观下线

    主观下线
    在第三个定时任务中，每个一秒 Sentinel 节点会向每个 Redis 数据节点发送 PING 命令，若超过 down-after-milliseconds 设定的时间没有收到响应，则会对该节点做失败判定，这种行为叫做 主观下线。因为该行为是当前节点的一家之言，所以会存在误判的可能。
    客观下线
    当 Sentinel 节点判定一个主节点为主观下线后，则会通过 sentinelis-master-down-by-addr 命令询问其他 Sentinel 节点对该主节点的状态，当有超过 <quorunm> 个 Sentinel 节点认为主节点存在问题，这时该 Sentinel节点会对主节点做客观下线的决定。
    这里有一点需要注意的是，客观下线是针对主机节点，如果主观下线的是从节点或者其他 Sentinel 节点，则不会进行后面的客观下线和故障转移了。

    Sentinel 选举

    假如一个 Sentinel 节点完成了主节点的客观下线，那么是不是就可以立刻进行故障转移呢？显然不是，因为 Redis 的故障转移工作只需要一个 Sentinel 节点来完成，所以会有一个选举的过程，选举出来一个领导者来完成故障转移工作。Redis 节点采用 Raft 算法来完成领导者写选举，下面主要介绍 Sentinel 选举的主要流程。
  1. 每一个做主观下线的 Sentinel 节点都有成为领导者的可能，通过其他 Sentinel 节点发送 sentinelis-master-down-by-addr ，要求将它设置为领导者。
  2. 收到命令的 Sentinel 节点如果没有同意其他 Sentinel 节点发送的命令，则会同意该请求，否则拒绝。
  3. 如果该 Sentinel 节点发现自己得到的票数已经超过半数且超过 <quorum>，那么他将成为领导者。
  4. 如果该过程有多个 Sentinel 成为领导者，那么将等待一段时间重新进行选择，直到有且只有一个 Sentinel 节点成为领导者为止。

加入有 A、B、C、D 四个节点构成 Sentinel 集群。加入 A 率先完成客观下线，则 A 会向 B、C、D 发出成为领导者的申请，由于 B、C、D 没有同意过其他 Sentinel 节点，所以会将投票给 A，A 得到三票。B 则向 A、C、D 发起申请，由于 C、D 已经同意了 A，所以会拒绝，但是他会得到 A 的同意，所以 B 得到一票，同理 C、D 得到零票，如下图：

节点 得到的票数
A B 、C、D
B A
C
D

所以 A 会成为领导者，进行故障转移工作。一般来说，哨兵选择的过程很快，谁先完成客观下线，一般就能成为领导者。

故障转移

当某个 Sentinel 节点通过选举成为了领导者，则他就要承担起故障转移的工作，其具体步骤如下：

  • 1、从从节点列表中选择一个节点作为新的主节点，选择的策略如下：
    • 过滤掉不健康的节点（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
    • 选择优先级最高级别的节点，如果不存在则继续
    • 选择复制偏移量最大的节点（数据最完整），存在则返回，不存在则继续
    • 选择 runid 最小的节点
  • 2、在新的主节点上执行 slaveofnoone，让其变成主节点
  • 3、向剩余的从节点发送命令,让它们成为新主节点的从节点