Redis Sentinel 机制与用法(4.0.0版本)

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beanlam
0.4 2017.02.07 17:36* 字数 6698

本文参考翻译自《Redis Sentinel Documentation》

概述

Redis-Sentinel是Redis官方推荐的高可用性(HA)解决方案,当用Redis做Master-slave的高可用方案时,假如master宕机了,Redis本身(包括它的很多客户端)都没有实现自动进行主备切换,而Redis-sentinel本身也是一个独立运行的进程,它能监控多个master-slave集群,发现master宕机后能进行自动切换。

它的主要功能有以下几点

  • 不时地监控redis是否按照预期良好地运行;
  • 如果发现某个redis节点运行出现状况,能够通知另外一个进程(例如它的客户端);
  • 能够进行自动切换。当一个master节点不可用时,能够选举出master的多个slave(如果有超过一个slave的话)中的一个来作为新的master,其它的slave节点会将它所追随的master的地址改为被提升为master的slave的新地址。
  • 配置提供

Sentinel支持集群

很显然,只使用单个sentinel进程来监控redis集群是不可靠的,当sentinel进程宕掉后(sentinel本身也有单点问题,single-point-of-failure)整个集群系统将无法按照预期的方式运行。所以有必要将sentinel集群,这样有几个好处:

  • 即使有一些sentinel进程宕掉了,依然可以进行redis集群的主备切换;
  • 如果只有一个sentinel进程,如果这个进程运行出错,或者是网络堵塞,那么将无法实现redis集群的主备切换(单点问题);
  • 如果有多个sentinel,redis的客户端可以随意地连接任意一个sentinel来获得关于redis集群中的信息。

Sentinel版本

Sentinel当前最新的稳定版本称为Sentinel 2(与之前的Sentinel 1区分开来)。随着redis2.8的安装包一起发行。安装完Redis2.8后,可以在redis2.8/src/里面找到Redis-sentinel的启动程序。

强烈建议
如果你使用的是redis2.6(sentinel版本为sentinel 1),你最好应该使用redis2.8版本的sentinel 2,因为sentinel 1有很多的Bug,已经被官方弃用,所以强烈建议使用redis2.8以及sentinel 2。

运行Sentinel

运行sentinel有两种方式:

  • 第一种

    redis-sentinel /path/to/sentinel.conf
    
  • 第二种

    redis-server /path/to/sentinel.conf --sentinel
    

以上两种方式,都必须指定一个sentinel的配置文件sentinel.conf,如果不指定,将无法启动sentinel。sentinel默认监听26379端口,所以运行前必须确定该端口没有被别的进程占用。

Sentinel的配置

Redis源码包中包含了一个sentinel.conf文件作为sentinel的配置文件,配置文件自带了关于各个配置项的解释。典型的配置项如下所示:

sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 60000
sentinel failover-timeout mymaster 180000
sentinel parallel-syncs mymaster 1

sentinel monitor resque 192.168.1.3 6380 4
sentinel down-after-milliseconds resque 10000
sentinel failover-timeout resque 180000
sentinel parallel-syncs resque 5

上面的配置项配置了两个名字分别为mymaster和resque的master,配置文件只需要配置master的信息就好啦,不用配置slave的信息,因为slave能够被自动检测到(master节点会有关于slave的消息)。需要注意的是,配置文件在sentinel运行期间是会被动态修改的,例如当发生主备切换时候,配置文件中的master会被修改为另外一个slave。这样,之后sentinel如果重启时,就可以根据这个配置来恢复其之前所监控的redis集群的状态。

接下来我们将一行一行地解释上面的配置项

sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

这一行代表sentinel监控的master的名字叫做mymaster,地址为127.0.0.1:6379,行尾最后的一个2代表什么意思呢?我们知道,网络是不可靠的,有时候一个sentinel会因为网络堵塞而误以为一个master redis已经死掉了,当sentinel集群式,解决这个问题的方法就变得很简单,只需要多个sentinel互相沟通来确认某个master是否真的死了,这个2代表,当集群中有2个sentinel认为master死了时,才能真正认为该master已经不可用了。(sentinel集群中各个sentinel也有互相通信,通过gossip协议)。

除了第一行配置,我们发现剩下的配置都有一个统一的格式:

sentinel <option_name> <master_name> <option_value>

接下来我们根据上面格式中的option_name一个一个来解释这些配置项:

  • down-after-milliseconds
    sentinel会向master发送心跳PING来确认master是否存活,如果master在“一定时间范围”内不回应PONG 或者是回复了一个错误消息,那么这个sentinel会主观地(单方面地)认为这个master已经不可用了(subjectively down, 也简称为SDOWN)。而这个down-after-milliseconds就是用来指定这个“一定时间范围”的,单位是毫秒。

不过需要注意的是,这个时候sentinel并不会马上进行failover主备切换,这个sentinel还需要参考sentinel集群中其他sentinel的意见,如果超过某个数量的sentinel也主观地认为该master死了,那么这个master就会被客观地(注意哦,这次不是主观,是客观,与刚才的subjectively down相对,这次是objectively down,简称为ODOWN)认为已经死了。需要一起做出决定的sentinel数量在上一条配置中进行配置。

  • parallel-syncs
    在发生failover主备切换时,这个选项指定了最多可以有多少个slave同时对新的master进行同步,这个数字越小,完成failover所需的时间就越长,但是如果这个数字越大,就意味着越多的slave因为replication而不可用。可以通过将这个值设为 1 来保证每次只有一个slave处于不能处理命令请求的状态。

其他配置项在sentinel.conf中都有很详细的解释。
所有的配置都可以在运行时用命令SENTINEL SET command动态修改。

Sentinel的“仲裁会”##

前面我们谈到,当一个master被sentinel集群监控时,需要为它指定一个参数,这个参数指定了当需要判决master为不可用,并且进行failover时,所需要的sentinel数量,本文中我们暂时称这个参数为票数

不过,当failover主备切换真正被触发后,failover并不会马上进行,还需要sentinel中的大多数sentinel授权后才可以进行failover。
当ODOWN时,failover被触发。failover一旦被触发,尝试去进行failover的sentinel会去获得“大多数”sentinel的授权(如果票数比大多数还要大的时候,则询问更多的sentinel)
这个区别看起来很微妙,但是很容易理解和使用。例如,集群中有5个sentinel,票数被设置为2,当2个sentinel认为一个master已经不可用了以后,将会触发failover,但是,进行failover的那个sentinel必须先获得至少3个sentinel的授权才可以实行failover。
如果票数被设置为5,要达到ODOWN状态,必须所有5个sentinel都主观认为master为不可用,要进行failover,那么得获得所有5个sentinel的授权。

配置版本号##

为什么要先获得大多数sentinel的认可时才能真正去执行failover呢?

当一个sentinel被授权后,它将会获得宕掉的master的一份最新配置版本号,当failover执行结束以后,这个版本号将会被用于最新的配置。因为大多数sentinel都已经知道该版本号已经被要执行failover的sentinel拿走了,所以其他的sentinel都不能再去使用这个版本号。这意味着,每次failover都会附带有一个独一无二的版本号。我们将会看到这样做的重要性。

而且,sentinel集群都遵守一个规则:如果sentinel A推荐sentinel B去执行failover,B会等待一段时间后,自行再次去对同一个master执行failover,这个等待的时间是通过failover-timeout配置项去配置的。从这个规则可以看出,sentinel集群中的sentinel不会再同一时刻并发去failover同一个master,第一个进行failover的sentinel如果失败了,另外一个将会在一定时间内进行重新进行failover,以此类推。

redis sentinel保证了活跃性:如果大多数sentinel能够互相通信,最终将会有一个被授权去进行failover.
redis sentinel也保证了安全性:每个试图去failover同一个master的sentinel都会得到一个独一无二的版本号。

配置传播##

一旦一个sentinel成功地对一个master进行了failover,它将会把关于master的最新配置通过广播形式通知其它sentinel,其它的sentinel则更新对应master的配置。

一个faiover要想被成功实行,sentinel必须能够向选为master的slave发送SLAVE OF NO ONE命令,然后能够通过INFO命令看到新master的配置信息。

当将一个slave选举为master并发送``SLAVE OF NO ONE```后,即使其它的slave还没针对新master重新配置自己,failover也被认为是成功了的,然后所有sentinels将会发布新的配置信息。

新配在集群中相互传播的方式,就是为什么我们需要当一个sentinel进行failover时必须被授权一个版本号的原因。

每个sentinel使用##发布/订阅##的方式持续地传播master的配置版本信息,配置传播的##发布/订阅##管道是:__sentinel__:hello

因为每一个配置都有一个版本号,所以以版本号最大的那个为标准。

举个栗子:假设有一个名为mymaster的地址为192.168.1.50:6379。一开始,集群中所有的sentinel都知道这个地址,于是为mymaster的配置打上版本号1。一段时候后mymaster死了,有一个sentinel被授权用版本号2对其进行failover。如果failover成功了,假设地址改为了192.168.1.50:9000,此时配置的版本号为2,进行failover的sentinel会将新配置广播给其他的sentinel,由于其他sentinel维护的版本号为1,发现新配置的版本号为2时,版本号变大了,说明配置更新了,于是就会采用最新的版本号为2的配置。

这意味着sentinel集群保证了第二种活跃性:一个能够互相通信的sentinel集群最终会采用版本号最高且相同的配置。

SDOWN和ODOWN的更多细节##

sentinel对于不可用有两种不同的看法,一个叫主观不可用(SDOWN),另外一个叫客观不可用(ODOWN)。SDOWN是sentinel自己主观上检测到的关于master的状态,ODOWN需要一定数量的sentinel达成一致意见才能认为一个master客观上已经宕掉,各个sentinel之间通过命令SENTINEL is_master_down_by_addr来获得其它sentinel对master的检测结果。

从sentinel的角度来看,如果发送了PING心跳后,在一定时间内没有收到合法的回复,就达到了SDOWN的条件。这个时间在配置中通过is-master-down-after-milliseconds参数配置。

当sentinel发送PING后,以下回复之一都被认为是合法的:

PING replied with +PONG.
PING replied with -LOADING error.
PING replied with -MASTERDOWN error.

其它任何回复(或者根本没有回复)都是不合法的。

从SDOWN切换到ODOWN不需要任何一致性算法,只需要一个gossip协议:如果一个sentinel收到了足够多的sentinel发来消息告诉它某个master已经down掉了,SDOWN状态就会变成ODOWN状态。如果之后master可用了,这个状态就会相应地被清理掉。

正如之前已经解释过了,真正进行failover需要一个授权的过程,但是所有的failover都开始于一个ODOWN状态。

ODOWN状态只适用于master,对于不是master的redis节点sentinel之间不需要任何协商,slaves和sentinel不会有ODOWN状态。

Sentinel之间和Slaves之间的自动发现机制##

虽然sentinel集群中各个sentinel都互相连接彼此来检查对方的可用性以及互相发送消息。但是你不用在任何一个sentinel配置任何其它的sentinel的节点。因为sentinel利用了master的发布/订阅机制去自动发现其它也监控了统一master的sentinel节点。

通过向名为__sentinel__:hello的管道中发送消息来实现。

同样,你也不需要在sentinel中配置某个master的所有slave的地址,sentinel会通过询问master来得到这些slave的地址的。

每个sentinel通过向每个master和slave的发布/订阅频道__sentinel__:hello每秒发送一次消息,来宣布它的存在。
每个sentinel也订阅了每个master和slave的频道__sentinel__:hello的内容,来发现未知的sentinel,当检测到了新的sentinel,则将其加入到自身维护的master监控列表中。
每个sentinel发送的消息中也包含了其当前维护的最新的master配置。如果某个sentinel发现
自己的配置版本低于接收到的配置版本,则会用新的配置更新自己的master配置。

在为一个master添加一个新的sentinel前,sentinel总是检查是否已经有sentinel与新的sentinel的进程号或者是地址是一样的。如果是那样,这个sentinel将会被删除,而把新的sentinel添加上去。

网络隔离时的一致性###

redis sentinel集群的配置的一致性模型为最终一致性,集群中每个sentinel最终都会采用最高版本的配置。然而,在实际的应用环境中,有三个不同的角色会与sentinel打交道:

  • Redis实例.
  • Sentinel实例.
  • 客户端.

为了考察整个系统的行为我们必须同时考虑到这三个角色。

下面有个简单的例子,有三个主机,每个主机分别运行一个redis和一个sentinel:

             +-------------+
             | Sentinel 1  | <--- Client A
             | Redis 1 (M) |
             +-------------+
                     |
                     |
 +-------------+     |                     +------------+
 | Sentinel 2  |-----+-- / partition / ----| Sentinel 3 | <--- Client B
 | Redis 2 (S) |                           | Redis 3 (M)|
 +-------------+                           +------------+

在这个系统中,初始状态下redis3是master, redis1和redis2是slave。之后redis3所在的主机网络不可用了,sentinel1和sentinel2启动了failover并把redis1选举为master。

Sentinel集群的特性保证了sentinel1和sentinel2得到了关于master的最新配置。但是sentinel3依然持着的是就的配置,因为它与外界隔离了。

当网络恢复以后,我们知道sentinel3将会更新它的配置。但是,如果客户端所连接的master被网络隔离,会发生什么呢?

客户端将依然可以向redis3写数据,但是当网络恢复后,redis3就会变成redis的一个slave,那么,在网络隔离期间,客户端向redis3写的数据将会丢失。

也许你不会希望这个场景发生:

  • 如果你把redis当做缓存来使用,那么你也许能容忍这部分数据的丢失。
  • 但如果你把redis当做一个存储系统来使用,你也许就无法容忍这部分数据的丢失了。

因为redis采用的是异步复制,在这样的场景下,没有办法避免数据的丢失。然而,你可以通过以下配置来配置redis3和redis1,使得数据不会丢失。

min-slaves-to-write 1
min-slaves-max-lag 10

通过上面的配置,当一个redis是master时,如果它不能向至少一个slave写数据(上面的min-slaves-to-write指定了slave的数量),它将会拒绝接受客户端的写请求。由于复制是异步的,master无法向slave写数据意味着slave要么断开连接了,要么不在指定时间内向master发送同步数据的请求了(上面的min-slaves-max-lag指定了这个时间)。

Sentinel状态持久化##

snetinel的状态会被持久化地写入sentinel的配置文件中。每次当收到一个新的配置时,或者新创建一个配置时,配置会被持久化到硬盘中,并带上配置的版本戳。这意味着,可以安全的停止和重启sentinel进程。

无failover时的配置纠正##

即使当前没有failover正在进行,sentinel依然会使用当前配置去设置监控的master。特别是:

  • 根据最新配置确认为slaves的节点却声称自己是master(参考上文例子中被网络隔离后的的redis3),这时它们会被重新配置为当前master的slave。
  • 如果slaves连接了一个错误的master,将会被改正过来,连接到正确的master。

Slave选举与优先级

当一个sentinel准备好了要进行failover,并且收到了其他sentinel的授权,那么就需要选举出一个合适的slave来做为新的master。

slave的选举主要会评估slave的以下几个方面:

  • 与master断开连接的次数
  • Slave的优先级
  • 数据复制的下标(用来评估slave当前拥有多少master的数据)
  • 进程ID

如果一个slave与master失去联系超过10次,并且每次都超过了配置的最大失联时间(down-after-milliseconds option),并且,如果sentinel在进行failover时发现slave失联,那么这个slave就会被sentinel认为不适合用来做新master的。

更严格的定义是,如果一个slave持续断开连接的时间超过

(down-after-milliseconds * 10) + milliseconds_since_master_is_in_SDOWN_state

就会被认为失去选举资格。
符合上述条件的slave才会被列入master候选人列表,并根据以下顺序来进行排序:

  1. sentinel首先会根据slaves的优先级来进行排序,优先级越小排名越靠前(?)。
  2. 如果优先级相同,则查看复制的下标,哪个从master接收的复制数据多,哪个就靠前。
  3. 如果优先级和下标都相同,就选择进程ID较小的那个。

一个redis无论是master还是slave,都必须在配置中指定一个slave优先级。要注意到master也是有可能通过failover变成slave的。

如果一个redis的slave优先级配置为0,那么它将永远不会被选为master。但是它依然会从master哪里复制数据。

Sentinel和Redis身份验证

当一个master配置为需要密码才能连接时,客户端和slave在连接时都需要提供密码。

master通过requirepass设置自身的密码,不提供密码无法连接到这个master。
slave通过masterauth来设置访问master时的密码。

但是当使用了sentinel时,由于一个master可能会变成一个slave,一个slave也可能会变成master,所以需要同时设置上述两个配置项。

Sentinel API##

Sentinel默认运行在26379端口上,sentinel支持redis协议,所以可以使用redis-cli客户端或者其他可用的客户端来与sentinel通信。

有两种方式能够与sentinel通信:

  • 一种是直接使用客户端向它发消息
  • 另外一种是使用发布/订阅模式来订阅sentinel事件,比如说failover,或者某个redis实例运行出错,等等。

Sentinel命令###

sentinel支持的合法命令如下:

  • PING sentinel回复PONG.
  • SENTINEL masters 显示被监控的所有master以及它们的状态.
  • SENTINEL master <master name> 显示指定master的信息和状态;
  • SENTINEL slaves <master name> 显示指定master的所有slave以及它们的状态;
  • SENTINEL get-master-addr-by-name <master name> 返回指定master的ip和端口,如果正在进行failover或者failover已经完成,将会显示被提升为master的slave的ip和端口。
  • SENTINEL reset <pattern> 重置名字匹配该正则表达式的所有的master的状态信息,清楚其之前的状态信息,以及slaves信息。
  • SENTINEL failover <master name> 强制sentinel执行failover,并且不需要得到其他sentinel的同意。但是failover后会将最新的配置发送给其他sentinel。

动态修改Sentinel配置

从redis2.8.4开始,sentinel提供了一组API用来添加,删除,修改master的配置。

需要注意的是,如果你通过API修改了一个sentinel的配置,sentinel不会把修改的配置告诉其他sentinel。你需要自己手动地对多个sentinel发送修改配置的命令。

以下是一些修改sentinel配置的命令:

  • SENTINEL MONITOR <name> <ip> <port> <quorum> 这个命令告诉sentinel去监听一个新的master
  • SENTINEL REMOVE <name> 命令sentinel放弃对某个master的监听
  • SENTINEL SET <name> <option> <value> 这个命令很像Redis的CONFIG SET命令,用来改变指定master的配置。支持多个<option><value>。例如以下实例:
  • SENTINEL SET objects-cache-master down-after-milliseconds 1000

只要是配置文件中存在的配置项,都可以用SENTINEL SET命令来设置。这个还可以用来设置master的属性,比如说quorum(票数),而不需要先删除master,再重新添加master。例如:

SENTINEL SET objects-cache-master quorum 5

增加或删除Sentinel

由于有sentinel自动发现机制,所以添加一个sentinel到你的集群中非常容易,你所需要做的只是监控到某个Master上,然后新添加的sentinel就能获得其他sentinel的信息以及masterd所有的slave。

如果你需要添加多个sentinel,建议你一个接着一个添加,这样可以预防网络隔离带来的问题。你可以每个30秒添加一个sentinel。最后你可以用SENTINEL MASTER mastername来检查一下是否所有的sentinel都已经监控到了master。

删除一个sentinel显得有点复杂:因为sentinel永远不会删除一个已经存在过的sentinel,即使它已经与组织失去联系很久了。
要想删除一个sentinel,应该遵循如下步骤:

  1. 停止所要删除的sentinel
  2. 发送一个SENTINEL RESET *命令给所有其它的sentinel实例,如果你想要重置指定master上面的sentinel,只需要把*号改为特定的名字,注意,需要一个接一个发,每次发送的间隔不低于30秒。
  3. 检查一下所有的sentinels是否都有一致的当前sentinel数。使用SENTINEL MASTER mastername 来查询。

删除旧master或者不可达slave

sentinel永远会记录好一个Master的slaves,即使slave已经与组织失联好久了。这是很有用的,因为sentinel集群必须有能力把一个恢复可用的slave进行重新配置。

并且,failover后,失效的master将会被标记为新master的一个slave,这样的话,当它变得可用时,就会从新master上复制数据。

然后,有时候你想要永久地删除掉一个slave(有可能它曾经是个master),你只需要发送一个SENTINEL RESET master命令给所有的sentinels,它们将会更新列表里能够正确地复制master数据的slave。

发布/订阅

客户端可以向一个sentinel发送订阅某个频道的事件的命令,当有特定的事件发生时,sentinel会通知所有订阅的客户端。需要注意的是客户端只能订阅,不能发布。

订阅频道的名字与事件的名字一致。例如,频道名为sdown 将会发布所有与SDOWN相关的消息给订阅者。

如果想要订阅所有消息,只需简单地使用PSUBSCRIBE *

以下是所有你可以收到的消息的消息格式,如果你订阅了所有消息的话。第一个单词是频道的名字,其它是数据的格式。

注意:以下的instance details的格式是:

<instance-type> <name> <ip> <port> @ <master-name> <master-ip> <master-port>

如果这个redis实例是一个master,那么@之后的消息就不会显示。

    +reset-master <instance details> -- 当master被重置时.
    +slave <instance details> -- 当检测到一个slave并添加进slave列表时.
    +failover-state-reconf-slaves <instance details> -- Failover状态变为reconf-slaves状态时
    +failover-detected <instance details> -- 当failover发生时
    +slave-reconf-sent <instance details> -- sentinel发送SLAVEOF命令把它重新配置时
    +slave-reconf-inprog <instance details> -- slave被重新配置为另外一个master的slave,但数据复制还未发生时。
    +slave-reconf-done <instance details> -- slave被重新配置为另外一个master的slave并且数据复制已经与master同步时。
    -dup-sentinel <instance details> -- 删除指定master上的冗余sentinel时 (当一个sentinel重新启动时,可能会发生这个事件).
    +sentinel <instance details> -- 当master增加了一个sentinel时。
    +sdown <instance details> -- 进入SDOWN状态时;
    -sdown <instance details> -- 离开SDOWN状态时。
    +odown <instance details> -- 进入ODOWN状态时。
    -odown <instance details> -- 离开ODOWN状态时。
    +new-epoch <instance details> -- 当前配置版本被更新时。
    +try-failover <instance details> -- 达到failover条件,正等待其他sentinel的选举。
    +elected-leader <instance details> -- 被选举为去执行failover的时候。
    +failover-state-select-slave <instance details> -- 开始要选择一个slave当选新master时。
    no-good-slave <instance details> -- 没有合适的slave来担当新master
    selected-slave <instance details> -- 找到了一个适合的slave来担当新master
    failover-state-send-slaveof-noone <instance details> -- 当把选择为新master的slave的身份进行切换的时候。
    failover-end-for-timeout <instance details> -- failover由于超时而失败时。
    failover-end <instance details> -- failover成功完成时。
    switch-master <master name> <oldip> <oldport> <newip> <newport> -- 当master的地址发生变化时。通常这是客户端最感兴趣的消息了。
    +tilt -- 进入Tilt模式。
    -tilt -- 退出Tilt模式。

TILT 模式

redis sentinel非常依赖系统时间,例如它会使用系统时间来判断一个PING回复用了多久的时间。
然而,假如系统时间被修改了,或者是系统十分繁忙,或者是进程堵塞了,sentinel可能会出现运行不正常的情况。
当系统的稳定性下降时,TILT模式是sentinel可以进入的一种的保护模式。当进入TILT模式时,sentinel会继续监控工作,但是它不会有任何其他动作,它也不会去回应is-master-down-by-addr这样的命令了,因为它在TILT模式下,检测失效节点的能力已经变得让人不可信任了。
如果系统恢复正常,持续30秒钟,sentinel就会退出TITL模式。

-BUSY状态

注意:该功能还未实现。

当一个脚本的运行时间超过配置的运行时间时,sentinel会返回一个-BUSY 错误信号。如果这件事发生在触发一个failover之前,sentinel将会发送一个SCRIPT KILL命令,如果script是只读的话,就能成功执行。

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