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Redis主从复制下的工作原理梳理

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Redis主从复制的配置十分简单,它可以使从服务器是主服务器的完全拷贝。需要清除Redis主从复制的几点重要内容:

1)Redis使用异步复制。但从Redis 2.8开始,从服务器会周期性的应答从复制流中处理的数据量。
2)一个主服务器可以有多个从服务器。
3)从服务器也可以接受其他从服务器的连接。除了多个从服务器连接到一个主服务器之外,多个从服务器也可以连接到一个从服务器上,形成一个
   图状结构。
4)Redis主从复制不阻塞主服务器端。也就是说当若干个从服务器在进行初始同步时,主服务器仍然可以处理请求。
5)主从复制也不阻塞从服务器端。当从服务器进行初始同步时,它使用旧版本的数据来应对查询请求,假设你在redis.conf配置文件是这么配置的。
   否则的话,你可以配置当复制流关闭时让从服务器给客户端返回一个错误。但是,当初始同步完成后,需要删除旧的数据集和加载新的数据集,在
   这个短暂的时间内,从服务器会阻塞连接进来的请求。
6)主从复制可以用来增强扩展性,使用多个从服务器来处理只读的请求(比如,繁重的排序操作可以放到从服务器去做),也可以简单的用来做数据冗余。
7)使用主从复制可以为主服务器免除把数据写入磁盘的消耗:在主服务器的redis.conf文件中配置“避免保存”(注释掉所有“保存“命令),然后连接一个配
   置为“进行保存”的从服务器即可。但是这个配置要确保主服务器不会自动重启(要获得更多信息请阅读下一段)

当主服务器不进行持久化时复制的安全性

在进行主从复制设置时,强烈建议在主服务器上开启持久化,当不能这么做时,比如考虑到延迟的问题,应该将实例配置为避免自动重启。

为什么不持久化的主服务器自动重启非常危险呢?
为了更好的理解这个问题,看下面这个失败的例子,其中主服务器和从服务器中数据库都被删除了。

设置节点A为主服务器,关闭持久化,节点B和C从节点A复制数据。
这时出现了一个崩溃,但Redis具有自动重启系统,重启了进程,因为关闭了持久化,节点重启后只有一个空的数据集。
节点B和C从节点A进行复制,现在节点A是空的,所以节点B和C上的复制数据也会被删除。
当在高可用系统中使用Redis Sentinel,关闭了主服务器的持久化,并且允许自动重启,这种情况是很危险的。
比如主服务器可能在很短的时间就完成了重启,以至于Sentinel都无法检测到这次失败,那么上面说的这种失败的情况就发生了。

如果数据比较重要,并且在使用主从复制时关闭了主服务器持久化功能的场景中,都应该禁止实例自动重启。

Redis主从复制是如何工作的

如果设置了一个从服务器,在连接时它发送了一个SYNC命令,不管它是第一次连接还是再次连接都没有关系。

然后主服务器开始后台存储,并且开始缓存新连接进来的修改数据的命令。当后台存储完成后,主服务器把数据文件发送到从服务器,
从服务器将其保存在磁盘上,然后加载到内存中。然后主服务器把刚才缓存的命令发送到从服务器。这是作为命令流来完成的,并且
和Redis协议本身格式相同。

你可以通过telnet自己尝试一下。在Redis服务器工作时连接到Redis端口,发送SYNC命令,会看到一个批量的传输,并且主服务器接收
的每一个命令都会通过telnet会话重新发送一遍。

当主从服务器之间的连接由于某些原因断开时,从服务器可以自动进行重连接。当有多个从服务器同时请求同步时,主服务器只进行一个后台存储。

当连接断开又重新连上之后,一般都会进行一个完整的重新同步,但是从Redis2.8开始,只重新同步一部分也可以。

部分重新同步

从Redis 2.8开始,如果遭遇连接断开,重新连接之后可以从中断处继续进行复制,而不必重新同步。

它的工作原理是这样:
主服务器端为复制流维护一个内存缓冲区(in-memory backlog)。主从服务器都维护一个复制偏移量(replication offset)和master run id ,
当连接断开时,从服务器会重新连接上主服务器,然后请求继续复制,假如主从服务器的两个master run id相同,并且指定的偏移量在内存缓冲
区中还有效,复制就会从上次中断的点开始继续。如果其中一个条件不满足,就会进行完全重新同步(在2.8版本之前就是直接进行完全重新同步)。
因为主运行id不保存在磁盘中,如果从服务器重启了的话就只能进行完全同步了。

部分重新同步这个新特性内部使用PSYNC命令,旧的实现中使用SYNC命令。Redis2.8版本可以检测出它所连接的服务器是否支持PSYNC命令,不支持的
话使用SYNC命令。

无磁盘复制

通常来讲,一个完全重新同步需要在磁盘上创建一个RDB文件,然后加载这个文件以便为从服务器发送数据。

如果使用比较低速的磁盘,这种操作会给主服务器带来较大的压力。Redis从2.8.18版本开始尝试支持无磁盘的复制。
使用这种设置时,子进程直接将RDB通过网络发送给从服务器,不使用磁盘作为中间存储。

配置

主从复制的配置十分简单:把下面这行加入到从服务器的配置文件中即可。
slaveof 192.168.1.1 6379

当然你需要把其中的192.168.1.1 6379替换为你自己的主服务器IP(或者主机名hostname)和端口。另外你可以调用SLAVEOF命令,
主服务器就会开始与从服务器同步。

关于部分重新同步,还有一些针对复制内存缓冲区的优化参数。查看Redis介质中的Redis.conf示例获得更多信息。

使用repl-diskless-sync配置参数来启动无磁盘复制。使用repl-diskless-sync-delay 参数来配置传输开始的延迟时间,以便等待
更多的从服务器连接上来。查看Redis介质中的Redis.conf示例获得更多信息。

只读从服务器

从Redis 2.6开始,从服务器支持只读模式,并且是默认模式。这个行为是由Redis.conf文件中的slave-read-only 参数控制的,
可以在运行中通过CONFIG SET来启用或者禁用。

只读的从服务器会拒绝所有写命令,所以对从服务器不会有误写操作。但这不表示可以把从服务器实例暴露在危险的网络环境下,
因为像DEBUG或者CONFIG这样的管理命令还是可以运行的。不过你可以通过使用rename-command命令来为这些命令改名来增加安全性。

你可能想知道为什么只读限制还可以被还原,使得从服务器还可以进行写操作。虽然当主从服务器进行重新同步或者从服务器重启后,
这些写操作都会失效,还是有一些使用场景会想从服务器中写入临时数据的,但将来这个特性可能会被去掉。

限制有N个以上从服务器才允许写入

从Redis 2.8版本开始,可以配置主服务器连接N个以上从服务器才允许对主服务器进行写操作。但是,因为Redis使用的是异步主从复制,
没办法确保从服务器确实收到了要写入的数据,所以还是有一定的数据丢失的可能性。

这一特性的工作原理如下:
1)从服务器每秒钟ping一次主服务器,确认处理的复制流数量。
2)主服务器记住每个从服务器最近一次ping的时间。
3)用户可以配置最少要有N个服务器有小于M秒的确认延迟。
4)如果有N个以上从服务器,并且确认延迟小于M秒,主服务器接受写操作。

还可以把这看做是CAP原则(一致性,可用性,分区容错性)不严格的一致性实现,虽然不能百分百确保一致性,但至少保证了丢失的数据不会超过M秒内的数据量。

如果条件不满足,主服务器会拒绝写操作并返回一个错误。
1)min-slaves-to-write(最小从服务器数)
2)min-slaves-max-lag(从服务器最大确认延迟)

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