這篇文章主要為大家展示了“redis中sentinel故障轉(zhuǎn)移的示例分析”，內(nèi)容簡而易懂，條理清晰，希望能夠幫助大家解決疑惑，下面讓小編帶領(lǐng)大家一起研究并學(xué)習(xí)一下“Redis中sentinel故障轉(zhuǎn)移的示例分析”這篇文章吧。

成都創(chuàng)新互聯(lián)公司是一家專注于做網(wǎng)站、成都做網(wǎng)站和移動服務(wù)器托管的網(wǎng)絡(luò)公司，有著豐富的建站經(jīng)驗和案例。

當(dāng)兩臺以上的Redis實例形成了主備關(guān)系，它們組成的集群就具備了一定的高可用性：當(dāng)master發(fā)生故障的時候，slave可以成為新的master對外提供讀寫服務(wù)，這種運營機制成為failover。

那么誰來發(fā)現(xiàn)master的故障做failover決策？

一種方式是，保持一個daemo進程，監(jiān)控著所有的master-slave節(jié)點，如下圖所示：

一個Redis集群里面有一個master和兩個slave，這個daemon進程監(jiān)控著這三個節(jié)點。但daemon為單節(jié)點，本身可用性無法保證。需要引入多daemon，如下圖所示：

多個daemon解決了可用性問題，但又出現(xiàn)了一致性問題，如何就某個master是否可用達成一致？例如上圖兩個daemon1和和master網(wǎng)絡(luò)不通，daemon和master連接暢通，那此時mater節(jié)點是否需要failover那？

Redis的sentinel提供了一套多daemon間的交互機制，多個daemon間組成一個集群，成為sentinel集群，daemon節(jié)點也稱為sentinel節(jié)點。如下圖所示：

這些節(jié)點相互間通信、選舉、協(xié)商，在master節(jié)點的故障發(fā)現(xiàn)、failover決策上表現(xiàn)出一致性。

sentinel集群監(jiān)視任意多個master以及master下的slave，自動將下線的master從其下的某個slave升級為新的master代替繼續(xù)處理命令請求。

啟動并初始化Sentinel

啟動一個Sentinel可以使用命令：

./redis-sentinel ../sentinel.conf

或者命令：

./redis-server ../sentinel.conf --sentinel

當(dāng)一個Sentinel啟動時，它需要執(zhí)行以下步驟：

初始化服務(wù)器

Sentinel本質(zhì)上是運行在特殊模式下的Redis服務(wù)器，它和普通的Redis服務(wù)器執(zhí)行的工作不同，初始化過程也不完全相同。如普通的Redis服務(wù)器初始化會載入RDB或者AOF文件來恢復(fù)數(shù)據(jù)，而Sentinel啟動時不會載入，因為Sentinel并不使用數(shù)據(jù)庫。

將普通Redis服務(wù)器使用的代碼替換成Sentinel專用代碼

將一部分普通Redis服務(wù)器使用的代碼替換成Sentinel專用代碼。如普通Redis服務(wù)器使用server.c/redisCommandTable作為服務(wù)器的命令表：

truct redisCommand redisCommandTable[] = {
    {"module",moduleCommand,-2,"as",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"get",getCommand,2,"rF",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"set",setCommand,-3,"wm",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"setnx",setnxCommand,3,"wmF",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"setex",setexCommand,4,"wm",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"psetex",psetexCommand,4,"wm",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"append",appendCommand,3,"wm",0,NULL,1,1,1,0,0},
    .....
    {"del",delCommand,-2,"w",0,NULL,1,-1,1,0,0},
    {"unlink",unlinkCommand,-2,"wF",0,NULL,1,-1,1,0,0},
    {"exists",existsCommand,-2,"rF",0,NULL,1,-1,1,0,0},
    {"setbit",setbitCommand,4,"wm",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"getbit",getbitCommand,3,"rF",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"bitfield",bitfieldCommand,-2,"wm",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"setrange",setrangeCommand,4,"wm",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"getrange",getrangeCommand,4,"r",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"substr",getrangeCommand,4,"r",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"incr",incrCommand,2,"wmF",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"decr",decrCommand,2,"wmF",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"mget",mgetCommand,-2,"rF",0,NULL,1,-1,1,0,0},
    {"rpush",rpushCommand,-3,"wmF",0,NULL,1,1,1,0,0},
    {"lpush",lpushCommand,-3,"wmF",0,NULL,1,1,1,0,0}
    ......
    }

Sentinel使用sentinel.c/sentinelcmds作為服務(wù)器列表，如下所示：

struct redisCommand sentinelcmds[] = {
    {"ping",pingCommand,1,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"sentinel",sentinelCommand,-2,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"subscribe",subscribeCommand,-2,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"unsubscribe",unsubscribeCommand,-1,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"psubscribe",psubscribeCommand,-2,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"punsubscribe",punsubscribeCommand,-1,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"publish",sentinelPublishCommand,3,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"info",sentinelInfoCommand,-1,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"role",sentinelRoleCommand,1,"l",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"client",clientCommand,-2,"rs",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"shutdown",shutdownCommand,-1,"",0,NULL,0,0,0,0,0},
    {"auth",authCommand,2,"sltF",0,NULL,0,0,0,0,0}
}

初始化Sentinel狀態(tài)

服務(wù)器會初始化一個sentinel.c/sentinelState結(jié)構(gòu)（保存服務(wù)器中所有和Sentinel功能有關(guān)的狀態(tài)）。

struct sentinelState {
 
    char myid[CONFIG_RUN_ID_SIZE+1]; /* This sentinel ID. */
    
    //當(dāng)前紀元，用于實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移
    uint64_t current_epoch;         /* Current epoch. */
    
    //監(jiān)視的主服務(wù)器
    //字典的鍵是主服務(wù)器的名字
    //字典的值則是一個指向sentinelRedisInstances結(jié)構(gòu)的指針
    dict *masters;      /* Dictionary of master sentinelRedisInstances.
                           Key is the instance name, value is the
                           sentinelRedisInstance structure pointer. */
    //是否進入tilt模式
    int tilt;           /* Are we in TILT mode? */
    
    //目前正在執(zhí)行的腳本數(shù)量
    int running_scripts;    /* Number of scripts in execution right now. */
    
    //進入tilt模式的時間
    mstime_t tilt_start_time;       /* When TITL started. */
    
    //最后一次執(zhí)行時間處理器的時間
    mstime_t previous_time;         /* Last time we ran the time handler. */
    
    // 一個FIFO隊列，包含了所有需要執(zhí)行的用戶腳本
    list *scripts_queue;            /* Queue of user scripts to execute. */
    
    char *announce_ip;  /* IP addr that is gossiped to other sentinels if
                           not NULL. */
    int announce_port;  /* Port that is gossiped to other sentinels if
                           non zero. */
    unsigned long simfailure_flags; /* Failures simulation. */
    int deny_scripts_reconfig; /* Allow SENTINEL SET ... to change script
                                  paths at runtime? */
}

根據(jù)給定的配置文件，初始化Sentinel的監(jiān)視主服務(wù)器列表

對Sentinel狀態(tài)的初始化將引發(fā)對masters字典的初始化，而master字典的初始化是根據(jù)被載入的Sentinel配置文件來進行的。

字典的key是監(jiān)視主服務(wù)器的名字，字典的值則是被監(jiān)控主服務(wù)器對應(yīng)的sentinel.c/sentinelRedisInstance結(jié)構(gòu)。

sentinelRedisInstance結(jié)構(gòu)部分屬性如下：

typedef struct sentinelRedisInstance {
    //標識值，記錄了實例的類型，以及該實例的當(dāng)前狀態(tài)
    int flags;      /* See SRI_... defines */
    
    //實例的名字
    //主服務(wù)器的名字由用戶在配置文件中設(shè)置
    //從服務(wù)器以及Sentinel的名字由Sentinel自動設(shè)置
    //格式為ip:port,例如“127.0.0.1:26379”
    char *name;     /* Master name from the point of view of this sentinel. */
    
    //實例運行的ID
    char *runid;    /* Run ID of this instance, or unique ID if is a Sentinel.*/
    
    //配置紀元，用于實現(xiàn)故障轉(zhuǎn)移
    uint64_t config_epoch;  /* Configuration epoch. */
    
    //實例的地址
    sentinelAddr *addr; /* Master host. */
    
    //sentinel down-after-milliseconds選項設(shè)定的值
    //實例無響應(yīng)多少毫秒之后才會被判斷為主觀下線（subjectively down）
    mstime_t down_after_period; /* Consider it down after that period. */
    
    //sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum>選項中的quorum
    //判斷這個實例為客觀下線（objective down）所需的支持投票的數(shù)量
    unsigned int quorum;/* Number of sentinels that need to agree on failure. */  
    //sentinel parallel-syncs <master-name> <numreplicas> 選項的numreplicas值
    //在執(zhí)行故障轉(zhuǎn)移操作時，可以同時對新的主服務(wù)器進行同步的從服務(wù)器數(shù)量
    int parallel_syncs; /* How many slaves to reconfigure at same time. */
    
    //sentinel failover-timeout <master-name> <milliseconds>選項的值
    //刷新故障遷移狀態(tài)的最大時限
    mstime_t failover_timeout;      /* Max time to refresh failover state. */
}

例如啟動Sentinel時，配置了如下的配置文件：

# sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum>
sentinel monitor master1 127.0.0.1 6379 2

# sentinel down-after-milliseconds <master-name> <milliseconds>
sentinel down-after-milliseconds master1 30000

# sentinel parallel-syncs <master-name> <numreplicas>
sentinel parallel-syncs master1 1

# sentinel failover-timeout <master-name> <milliseconds>
sentinel failover-timeout master1 900000

則Sentinel則會為主服務(wù)器master1創(chuàng)建如下圖所示的實例結(jié)構(gòu)：

Sentinel狀態(tài)以及masters字典的機構(gòu)如下：

創(chuàng)建連向主服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接

創(chuàng)建連向被監(jiān)視主服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)連接，Sentinel將成為主服務(wù)器的客戶端，向主服務(wù)器發(fā)送命令并從命令回復(fù)獲取信息。

Sentinel會創(chuàng)建兩個連向主服務(wù)器的異步網(wǎng)絡(luò)連接：

• 命令連接，用于向主服務(wù)器發(fā)送命令并接收命令回復(fù)

• 訂閱連接，訂閱主服務(wù)器的_sentinel_:hello頻道

Sentinel發(fā)送信息和獲取信息

• Sentinel默認會以每十秒一次的頻率，通過命令連接向被監(jiān)視的master和slave發(fā)送INFO命令。

  通過master的回復(fù)可獲取master本身信息，包括run_id域記錄的服務(wù)器運行ID，以及role域記錄的服務(wù)器角色。另外還會獲取到master下的所有的從服務(wù)器信息，包括slave的ip地址和port端口號。Sentinel無需用戶提供從服務(wù)器的地址信息，由master返回的slave的ip地址和port端口號，可以自動發(fā)現(xiàn)slave。

  當(dāng)Sentinel發(fā)現(xiàn)master有新的slave出現(xiàn)時，Sentinel會為這個新的slave創(chuàng)建相應(yīng)的實例外，Sentinel還會創(chuàng)建到slave的命令連接和訂閱連接。

  根據(jù)slave的INFO命令的回復(fù)，Sentinel會提取如下信息：

  1.slave的運行ID run_id

  2.slave的角色role

  3.master的ip地址和port端口

  4.master和slave的連接狀態(tài)master_link_status

  5.slave的優(yōu)先級slave_priority

  6.slave的復(fù)制偏移量slave_repl_offset

• Sentinel在默認情況下會以每兩秒一次的頻率，通過命令連接向所有被監(jiān)視的master和slave的_sentinel_:hello頻道發(fā)送一條信息

  發(fā)送以下格式的命令：

     PUBLISH _sentinel_:hello   "<s_ip>,<s_port>,<s_runid>,<s_epoch>,<m_name>,<m_ip>,<m_port>,<m_epoch>"

以上命令相關(guān)參數(shù)意義：

參數(shù)	意義
s_ip	Sentinel的ip地址
s_port	Sentinel的端口號
s_runid	Sentinel的運行ID
s_runid	Sentinel的運行ID
m_name	主服務(wù)器的名字
m_ip	主服務(wù)器的IP地址
m_port	主服務(wù)器的端口號
m_epoch	主服務(wù)器當(dāng)前的配置紀元

• Sentinel與master或者slave建立訂閱連接之后，Sentinel就會通過訂閱連接發(fā)送對_sentinel_:hello頻道的訂閱,訂閱會持續(xù)到Sentinel與服務(wù)器的連接斷開為止

命令如下所示：

SUBSCRIBE sentinel:hello

如上圖所示，對于每個與Sentinel連接的服務(wù)器 ，Sentinel既可以通過命令連接向服務(wù)器頻道_sentinel_:hello頻道發(fā)送信息，又通過訂閱連接從服務(wù)器的_sentinel_:hello頻道接收信息。

• sentinel間會相互感知，新加入的sentinel會向master的_sentinel_:hello頻道發(fā)布一條消息，包括自己的消息，其它該頻道訂閱者sentinel會發(fā)現(xiàn)新的sentinel。隨后新的sentinel和其它sentinel會創(chuàng)建長連接。

相互連接的各個Sentinel可以進行信息交換。Sentinel為master創(chuàng)建的實例結(jié)構(gòu)中的sentinels字典保存了除Sentinel本身之外，所有同樣監(jiān)視這個主服務(wù)器的其它Sentinel信息。

前面也講到sentinel會為slave創(chuàng)建實例（在master實例的slaves字典中）。現(xiàn)在我們也知道通過sentinel相互信息交換，也創(chuàng)建了其它sentinel的實例（在master實例的sentinels字典中）。我們將一個sentinel中保存的實例結(jié)構(gòu)大概情況理一下，如下圖所示：

從上圖可以看到slave和sentinel字典的鍵由其ip地址和port端口組成，格式為ip:port,其字典的值為其對應(yīng)的sentinelRedisInstance實例。

master的故障發(fā)現(xiàn)

主觀不可用

默認情況下Sentinel會以每秒一次的頻率向所有與它創(chuàng)建了命令連接的master（包括master、slave、其它Sentinel）發(fā)送PING命令，并通過實例返回的PING命令回復(fù)來判斷實例是否在線。

PING命令回復(fù)分為下面兩種情況：

• 有效回復(fù)：實例返回 +PONG、-LOADING、-MASTERDOWN三種回復(fù)的一種

• 無效回復(fù)：除上面有效回復(fù)外的其它回復(fù)或者在指定時限內(nèi)沒有任何返回

Sentinel配置文件中的設(shè)置down-after-milliseconds毫秒時效內(nèi)(各個sentinel可能配置的不相同)，連續(xù)向Sentinel返回?zé)o效回復(fù)，那么sentinel將此實例置為主觀下線狀態(tài)，在sentinel中維護的該實例flags屬性中打開SRI_S_DOWN標識，例如master如下所示：

客觀不可用

在sentinel發(fā)現(xiàn)主觀不可用狀態(tài)后，它會將“主觀不可用狀態(tài)”發(fā)給其它sentinel進行確認，當(dāng)確認的sentinel節(jié)點數(shù)>=quorum，則判定該master為客觀不可用，隨后進入failover流程。

上面說到將主觀不可用狀態(tài)發(fā)給其它sentinel使用如下命令：

SENTINEL is-master-down-by-addr <ip> <port> <current_epoch> <runid>

各個參數(shù)的意義如下：

• ip：被sentinel判斷為主觀下線的主服務(wù)器的ip地址

• port: 被sentinel判斷為主觀下線的主服務(wù)器的port地址

• current_epoch:sentinel的配置紀元，用于選舉領(lǐng)頭Sentinel

• runid：可以為*號或者Sentinel的運行ID，*號代表檢測主服務(wù)器客觀下線狀態(tài)。Sentinel的運行ID用于選舉領(lǐng)頭Sentinel

接受到以上命令的sentinel會反回一條包含三個參數(shù)的Multi Bulk回復(fù)：

1）<down_state> 目標sentinel對該master檢查結(jié)果，1:master已下線 2:master未下線

2）<leader_runid> 兩種情況，*表示僅用于檢測master下線狀態(tài) ，否則表示局部領(lǐng)頭Sentinel的運行ID（選舉領(lǐng)頭Sentinel）

3）<leader_epoch> 當(dāng)leader_runid為時，leader_epoch始終為0。不為時則表示目標Sentinel的局部領(lǐng)頭Sentinel的配置紀元（用于選舉領(lǐng)頭Sentinel）

其中節(jié)點數(shù)量限制quorum為sentinel配置文件中配置的

sentinel monitor <master-name> <ip> <redis-port> <quorum>

quorum選項，不同的sentinel配置的可能不相同。

當(dāng)sentinel認為master為客觀下線狀態(tài)，則會將master屬性中的flags的SRI_O_DOWN標識打開，例如master如下圖所示：

選舉Sentinel Leader

當(dāng)一臺master宕機時，可能多個sentinel節(jié)點同時發(fā)現(xiàn)并通過交互確認相互的“主觀不可用狀態(tài)”，同時達到“客觀不可用狀態(tài)”，同時打算發(fā)起failover。但最終只能有一個sentinel節(jié)點作為failover發(fā)起者，那么就需要選舉出Sentinel Leader，需要開始一個Sentinel Leader選舉過程。

Redis的Sentinel機制采用類似于Raft協(xié)議實現(xiàn)這個選舉算法：

1.sentinelState的epoch變量類似于raft協(xié)議中的term（選舉回合）。

2.每一個確認了master“客觀不可用”的sentinel節(jié)點都會向周圍廣播自己的參選請求(SENTINEL is-master-down-by-addr <ip> <port> <current_epoch> <run_id> ,current_epoch為自己的配置紀元，run_id為自己的運行ID)

3.每一個接收到參選請求的sentinel節(jié)點如果還沒接收到其它參選請求，它就將本回合的意向置為首個參選sentinel并回復(fù)它（先到先得）；如果已經(jīng)在本回合表過意向了，則拒絕其它參選，并將已有意向回復(fù)（如上所介紹的三個參數(shù)的Multi Bulk回復(fù)，down_state為1，leader_runid為首次接收到的發(fā)起參選請求的源sentinel的運行ID，leader_epoch為首次接收到的發(fā)起參選請求的源sentinel的配置紀元）

4.每個發(fā)起參選請求的sentinel節(jié)點如果收到超過一半的意向同意某個參選sentinel（可能是自己），則確定該sentinel為leader。如果本回合持續(xù)了足夠長時間未選出leader，則開啟下一個回合

leader sentinel 確定之后，leader sentinel從master所有的slave中依據(jù)一定規(guī)則選取一個作為新的master。

故障轉(zhuǎn)移failover

在選舉出Sentinel Leader之后，sentinel leader對已下線master執(zhí)行故障轉(zhuǎn)移：

• sentinel leader對已下線的master的所有slave中，選出一個狀態(tài)良好、數(shù)據(jù)完整的slave，然后向這個slave發(fā)送:SLAVEOF no one命令，將這個slave轉(zhuǎn)換為master。

  我們來看下新的master是怎么挑選出來的？Sentinel leader會將已下線的所有slave保存到一個列表，然后按照以下規(guī)則過濾篩選：

• 優(yōu)先級最高的slave，redis.conf配置中replica-priority選項來標識，默認為100，replica-priority較低的優(yōu)先級越高。0為特殊優(yōu)先級，標志為不能升級為master。

• 如果存在多個優(yōu)先級相等的slave，則會選擇復(fù)制偏移量(offset)最大的slave(數(shù)據(jù)更加完整)

• 如果存在多個優(yōu)先級相等，最大復(fù)制偏移量最大的slave，則選擇運行ID最小的slave

選出需要升級為新的master的slave后，Sentinel Leader會向這個slave發(fā)送SLAVEOF no one 命令。之后Sentinel會以每秒一次頻率(平時是十秒一次)向被升級slave發(fā)送INFO，當(dāng)回復(fù)的role由slave變?yōu)閙aster時Sentinel Leader就會知道已升級為master。

• sentinel leader 向已下線的master屬下的slave發(fā)送SLAVEOF命令(SLAVEOF <new_master_ip> <new_master_port>)，去復(fù)制新的master。

• 將舊的master設(shè)置為新的master的slave，并繼續(xù)對其監(jiān)視，當(dāng)其重新上線時Sentinel會執(zhí)行命令讓其成為新的master的slave。

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文章標題：Redis中sentinel故障轉(zhuǎn)移的示例分析
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