Redis Sentinel機制與用法說明

Redis-Sentinel是Redis官方推薦的高可用性(HA)解決方案，當用Redis做Master-slave的高可用方案時，假如master宕機了，Redis本身(包括它的很多客戶端)都沒有實現自動進行主備切換，而Redis-sentinel本身也是一個獨立運行的進程，它能監控多個master-slave集羣，發現master宕機後能進行自動切換。

它的主要功能有以下幾點

• 不時地監控redis是否按照預期良好地運行;

• 如果發現某個redis節點運行出現狀況，能夠通知另外一個進程(例如它的客戶端);

• 能夠進行自動切換。當一個master節點不可用時，能夠選舉出master的多個slave(如果有超過一個slave的話)中的一個來作爲新的master,其它的slave節點會將它所追隨的master的地址改爲被提升爲master的slave的新地址。

Sentinel支持集羣

很顯然，只使用單個sentinel進程來監控redis集羣是不可靠的，當sentinel進程宕掉後(sentinel本身也有單點問題，single-point-of-failure)整個集羣系統將無法按照預期的方式運行。所以有必要將sentinel集羣，這樣有幾個好處：

• 即使有一些sentinel進程宕掉了，依然可以進行redis集羣的主備切換；

• 如果只有一個sentinel進程，如果這個進程運行出錯，或者是網絡堵塞，那麼將無法實現redis集羣的主備切換（單點問題）;

• 如果有多個sentinel，redis的客戶端可以隨意地連接任意一個sentinel來獲得關於redis集羣中的信息。

Sentinel版本

Sentinel當前最新的穩定版本稱爲Sentinel 2(與之前的Sentinel 1區分開來）。隨着redis2.8的安裝包一起發行。安裝完Redis2.8後，可以在redis2.8/src/裏面找到Redis-sentinel的啓動程序。

強烈建議：
如果你使用的是redis2.6(sentinel版本爲sentinel 1)，你最好應該使用redis2.8版本的sentinel 2，因爲sentinel 1有很多的Bug，已經被官方棄用，所以強烈建議使用redis2.8以及sentinel 2。

運行Sentinel

運行sentinel有兩種方式：

• 第一種

  redis-sentinel /path/to/sentinel.conf

• 第二種

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

  以上兩種方式，都必須指定一個sentinel的配置文件sentinel.conf，如果不指定，將無法啓動sentinel。sentinel默認監聽26379端口，所以運行前必須確定該端口沒有被別的進程佔用。

Sentinel的配置

Redis源碼包中包含了一個sentinel.conf文件作爲sentinel的配置文件，配置文件自帶了關於各個配置項的解釋。典型的配置項如下所示：

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

上面的配置項配置了兩個名字分別爲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，因爲slave能夠被自動檢測到(master節點會有關於slave的消息)。需要注意的是，配置文件在sentinel運行期間是會被動態修改的，例如當發生主備切換時候，配置文件中的master會被修改爲另外一個slave。這樣，之後sentinel如果重啓時，就可以根據這個配置來恢復其之前所監控的redis集羣的狀態。

接下來我們將一行一行地解釋上面的配置項：

sentinel monitor mymaster 127.0.0.1 6379 2

這一行代表sentinel監控的master的名字叫做mymaster,地址爲127.0.0.1:6379，行尾最後的一個2代表什麼意思呢？我們知道，網絡是不可靠的，有時候一個sentinel會因爲網絡堵塞而誤以爲一個master redis已經死掉了，當sentinel集羣式，解決這個問題的方法就變得很簡單，只需要多個sentinel互相溝通來確認某個master是否真的死了，這個2代表，當集羣中有2個sentinel認爲master死了時，才能真正認爲該master已經不可用了。（sentinel集羣中各個sentinel也有互相通信，通過gossip協議）。

除了第一行配置，我們發現剩下的配置都有一個統一的格式:

sentinel <option_name> <master_name> <option_value>

接下來我們根據上面格式中的option_name一個一個來解釋這些配置項：

• down-after-milliseconds
  sentinel會向master發送心跳PING來確認master是否存活，如果master在“一定時間範圍”內不迴應PONG 或者是回覆了一個錯誤消息，那麼這個sentinel會主觀地(單方面地)認爲這個master已經不可用了(subjectively down, 也簡稱爲SDOWN)。而這個down-after-milliseconds就是用來指定這個“一定時間範圍”的，單位是毫秒。

不過需要注意的是，這個時候sentinel並不會馬上進行failover主備切換，這個sentinel還需要參考sentinel集羣中其他sentinel的意見，如果超過某個數量的sentinel也主觀地認爲該master死了，那麼這個master就會被客觀地(注意哦，這次不是主觀，是客觀，與剛纔的subjectively down相對，這次是objectively down，簡稱爲ODOWN)認爲已經死了。需要一起做出決定的sentinel數量在上一條配置中進行配置。

• parallel-syncs
  在發生failover主備切換時，這個選項指定了最多可以有多少個slave同時對新的master進行同步，這個數字越小，完成failover所需的時間就越長，但是如果這個數字越大，就意味着越多的slave因爲replication而不可用。可以通過將這個值設爲 1 來保證每次只有一個slave處於不能處理命令請求的狀態。

其他配置項在sentinel.conf中都有很詳細的解釋。
所有的配置都可以在運行時用命令SENTINEL SET command動態修改。

Sentinel的“仲裁會”

前面我們談到，當一個master被sentinel集羣監控時，需要爲它指定一個參數，這個參數指定了當需要判決master爲不可用，並且進行failover時，所需要的sentinel數量，本文中我們暫時稱這個參數爲票數

不過，當failover主備切換真正被觸發後，failover並不會馬上進行，還需要sentinel中的大多數sentinel授權後纔可以進行failover。
當ODOWN時，failover被觸發。failover一旦被觸發，嘗試去進行failover的sentinel會去獲得“大多數”sentinel的授權（如果票數比大多數還要大的時候，則詢問更多的sentinel)
這個區別看起來很微妙，但是很容易理解和使用。例如，集羣中有5個sentinel，票數被設置爲2，當2個sentinel認爲一個master已經不可用了以後，將會觸發failover，但是，進行failover的那個sentinel必須先獲得至少3個sentinel的授權纔可以實行failover。
如果票數被設置爲5，要達到ODOWN狀態，必須所有5個sentinel都主觀認爲master爲不可用，要進行failover，那麼得獲得所有5個sentinel的授權。

配置版本號

爲什麼要先獲得大多數sentinel的認可時才能真正去執行failover呢？

當一個sentinel被授權後，它將會獲得宕掉的master的一份最新配置版本號，當failover執行結束以後，這個版本號將會被用於最新的配置。因爲大多數sentinel都已經知道該版本號已經被要執行failover的sentinel拿走了，所以其他的sentinel都不能再去使用這個版本號。這意味着，每次failover都會附帶有一個獨一無二的版本號。我們將會看到這樣做的重要性。

而且，sentinel集羣都遵守一個規則：如果sentinel A推薦sentinel B去執行failover，B會等待一段時間後，自行再次去對同一個master執行failover，這個等待的時間是通過failover-timeout配置項去配置的。從這個規則可以看出，sentinel集羣中的sentinel不會再同一時刻併發去failover同一個master，第一個進行failover的sentinel如果失敗了，另外一個將會在一定時間內進行重新進行failover，以此類推。

redis sentinel保證了活躍性：如果大多數sentinel能夠互相通信，最終將會有一個被授權去進行failover.
redis sentinel也保證了安全性：每個試圖去failover同一個master的sentinel都會得到一個獨一無二的版本號。

配置傳播

一旦一個sentinel成功地對一個master進行了failover，它將會把關於master的最新配置通過廣播形式通知其它sentinel，其它的sentinel則更新對應master的配置。

一個faiover要想被成功實行，sentinel必須能夠向選爲master的slave發送SLAVEOF NO ONE命令，然後能夠通過INFO命令看到新master的配置信息。

當將一個slave選舉爲master併發送SLAVEOF NO ONE後，即使其它的slave還沒針對新master重新配置自己，failover也被認爲是成功了的，然後所有sentinels將會發布新的配置信息。

新配在集羣中相互傳播的方式，就是爲什麼我們需要當一個sentinel進行failover時必須被授權一個版本號的原因。

每個sentinel使用##發佈/訂閱##的方式持續地傳播master的配置版本信息，配置傳播的##發佈/訂閱##管道是：__sentinel__:hello。

因爲每一個配置都有一個版本號，所以以版本號最大的那個爲標準。

舉個栗子：假設有一個名爲mymaster的地址爲192.168.1.50:6379。一開始，集羣中所有的sentinel都知道這個地址，於是爲mymaster的配置打上版本號1。一段時候後mymaster死了，有一個sentinel被授權用版本號2對其進行failover。如果failover成功了，假設地址改爲了192.168.1.50:9000，此時配置的版本號爲2，進行failover的sentinel會將新配置廣播給其他的sentinel，由於其他sentinel維護的版本號爲1，發現新配置的版本號爲2時，版本號變大了，說明配置更新了，於是就會採用最新的版本號爲2的配置。

這意味着sentinel集羣保證了第二種活躍性：一個能夠互相通信的sentinel集羣最終會採用版本號最高且相同的配置。

SDOWN和ODOWN的更多細節

sentinel對於不可用有兩種不同的看法，一個叫主觀不可用(SDOWN),另外一個叫客觀不可用(ODOWN)。SDOWN是sentinel自己主觀上檢測到的關於master的狀態，ODOWN需要一定數量的sentinel達成一致意見才能認爲一個master客觀上已經宕掉，各個sentinel之間通過命令SENTINEL is_master_down_by_addr來獲得其它sentinel對master的檢測結果。

從sentinel的角度來看，如果發送了PING心跳後，在一定時間內沒有收到合法的回覆，就達到了SDOWN的條件。這個時間在配置中通過is-master-down-after-milliseconds參數配置。

當sentinel發送PING後，以下回復之一都被認爲是合法的：

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

其它任何回覆（或者根本沒有回覆）都是不合法的。

從SDOWN切換到ODOWN不需要任何一致性算法，只需要一個gossip協議：如果一個sentinel收到了足夠多的sentinel發來消息告訴它某個master已經down掉了，SDOWN狀態就會變成ODOWN狀態。如果之後master可用了，這個狀態就會相應地被清理掉。

正如之前已經解釋過了，真正進行failover需要一個授權的過程，但是所有的failover都開始於一個ODOWN狀態。

ODOWN狀態只適用於master，對於不是master的redis節點sentinel之間不需要任何協商，slaves和sentinel不會有ODOWN狀態。

Sentinel之間和Slaves之間的自動發現機制

雖然sentinel集羣中各個sentinel都互相連接彼此來檢查對方的可用性以及互相發送消息。但是你不用在任何一個sentinel配置任何其它的sentinel的節點。因爲sentinel利用了master的發佈/訂閱機制去自動發現其它也監控了統一master的sentinel節點。

通過向名爲__sentinel__:hello的管道中發送消息來實現。

同樣，你也不需要在sentinel中配置某個master的所有slave的地址，sentinel會通過詢問master來得到這些slave的地址的。

每個sentinel通過向每個master和slave的發佈/訂閱頻道__sentinel__:hello每秒發送一次消息，來宣佈它的存在。
每個sentinel也訂閱了每個master和slave的頻道__sentinel__:hello的內容，來發現未知的sentinel，當檢測到了新的sentinel，則將其加入到自身維護的master監控列表中。
每個sentinel發送的消息中也包含了其當前維護的最新的master配置。如果某個sentinel發現
自己的配置版本低於接收到的配置版本，則會用新的配置更新自己的master配置。

在爲一個master添加一個新的sentinel前，sentinel總是檢查是否已經有sentinel與新的sentinel的進程號或者是地址是一樣的。如果是那樣，這個sentinel將會被刪除，而把新的sentinel添加上去。

網絡隔離時的一致性

redis sentinel集羣的配置的一致性模型爲最終一致性，集羣中每個sentinel最終都會採用最高版本的配置。然而，在實際的應用環境中，有三個不同的角色會與sentinel打交道：

• Redis實例.

• Sentinel實例.

• 客戶端.

爲了考察整個系統的行爲我們必須同時考慮到這三個角色。

下面有個簡單的例子，有三個主機，每個主機分別運行一個redis和一個sentinel:

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

在這個系統中，初始狀態下redis3是master, redis1和redis2是slave。之後redis3所在的主機網絡不可用了，sentinel1和sentinel2啓動了failover並把redis1選舉爲master。

Sentinel集羣的特性保證了sentinel1和sentinel2得到了關於master的最新配置。但是sentinel3依然持着的是就的配置，因爲它與外界隔離了。

當網絡恢復以後，我們知道sentinel3將會更新它的配置。但是，如果客戶端所連接的master被網絡隔離，會發生什麼呢？

客戶端將依然可以向redis3寫數據，但是當網絡恢復後，redis3就會變成redis的一個slave，那麼，在網絡隔離期間，客戶端向redis3寫的數據將會丟失。

也許你不會希望這個場景發生：

• 如果你把redis當做緩存來使用，那麼你也許能容忍這部分數據的丟失。

• 但如果你把redis當做一個存儲系統來使用，你也許就無法容忍這部分數據的丟失了。

因爲redis採用的是異步複製，在這樣的場景下，沒有辦法避免數據的丟失。然而，你可以通過以下配置來配置redis3和redis1，使得數據不會丟失。

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

通過上面的配置，當一個redis是master時，如果它不能向至少一個slave寫數據(上面的min-slaves-to-write指定了slave的數量)，它將會拒絕接受客戶端的寫請求。由於複製是異步的，master無法向slave寫數據意味着slave要麼斷開連接了，要麼不在指定時間內向master發送同步數據的請求了(上面的min-slaves-max-lag指定了這個時間)。

Sentinel狀態持久化

snetinel的狀態會被持久化地寫入sentinel的配置文件中。每次當收到一個新的配置時，或者新創建一個配置時，配置會被持久化到硬盤中，並帶上配置的版本戳。這意味着，可以安全的停止和重啓sentinel進程。

無failover時的配置糾正

即使當前沒有failover正在進行，sentinel依然會使用當前配置去設置監控的master。特別是：

• 根據最新配置確認爲slaves的節點卻聲稱自己是master(上文例子中被網絡隔離後的的redis3)，這時它們會被重新配置爲當前master的slave。

• 如果slaves連接了一個錯誤的master，將會被改正過來，連接到正確的master。

Slave選舉與優先級

當一個sentinel準備好了要進行failover，並且收到了其他sentinel的授權，那麼就需要選舉出一個合適的slave來做爲新的master。

slave的選舉主要會評估slave的以下幾個方面：

• 與master斷開連接的次數

• Slave的優先級

• 數據複製的下標(用來評估slave當前擁有多少master的數據)

• 進程ID

如果一個slave與master失去聯繫超過10次，並且每次都超過了配置的最大失聯時間(down-after-milliseconds)，如果sentinel在進行failover時發現slave失聯，那麼這個slave就會被sentinel認爲不適合用來做新master的。

更嚴格的定義是，如果一個slave持續斷開連接的時間超過

(down-after-milliseconds * 10) + milliseconds_since_master_is_in_SDOWN_state

就會被認爲失去選舉資格。
符合上述條件的slave纔會被列入master候選人列表，並根據以下順序來進行排序：

1. sentinel首先會根據slaves的優先級來進行排序，優先級越小排名越靠前。

2. 如果優先級相同，則查看複製的下標，哪個從master接收的複製數據多，哪個就靠前。

3. 如果優先級和下標都相同，就選擇進程ID較小的那個。

一個redis無論是master還是slave，都必須在配置中指定一個slave優先級。要注意到master也是有可能通過failover變成slave的。

如果一個redis的slave優先級配置爲0，那麼它將永遠不會被選爲master。但是它依然會從master哪裏複製數據。

Sentinel和Redis身份驗證

當一個master配置爲需要密碼才能連接時，客戶端和slave在連接時都需要提供密碼。

master通過requirepass設置自身的密碼，不提供密碼無法連接到這個master。
slave通過masterauth來設置訪問master時的密碼。

但是當使用了sentinel時，由於一個master可能會變成一個slave，一個slave也可能會變成master，所以需要同時設置上述兩個配置項。

Sentinel API

Sentinel默認運行在26379端口上，sentinel支持redis協議，所以可以使用redis-cli客戶端或者其他可用的客戶端來與sentinel通信。

有兩種方式能夠與sentinel通信：

• 一種是直接使用客戶端向它發消息

• 另外一種是使用發佈/訂閱模式來訂閱sentinel事件，比如說failover，或者某個redis實例運行出錯，等等。 

Sentinel命令

sentinel支持的合法命令如下：

• PING sentinel回覆PONG.

• SENTINEL masters 顯示被監控的所有master以及它們的狀態.

• SENTINEL master <master name> 顯示指定master的信息和狀態；

• SENTINEL slaves <master name> 顯示指定master的所有slave以及它們的狀態；

• SENTINEL get-master-addr-by-name <master name> 返回指定master的ip和端口，如果正在進行failover或者failover已經完成，將會顯示被提升爲master的slave的ip和端口。

• SENTINEL reset <pattern> 重置名字匹配該正則表達式的所有的master的狀態信息，清楚其之前的狀態信息，以及slaves信息。

• SENTINEL failover <master name> 強制sentinel執行failover，並且不需要得到其他sentinel的同意。但是failover後會將最新的配置發送給其他sentinel。

動態修改Sentinel配置

從redis2.8.4開始，sentinel提供了一組API用來添加，刪除，修改master的配置。

需要注意的是，如果你通過API修改了一個sentinel的配置，sentinel不會把修改的配置告訴其他sentinel。你需要自己手動地對多個sentinel發送修改配置的命令。

以下是一些修改sentinel配置的命令：

• SENTINEL MONITOR <name> <ip> <port> <quorum> 這個命令告訴sentinel去監聽一個新的master

• SENTINEL REMOVE <name> 命令sentinel放棄對某個master的監聽

• SENTINEL SET <name> <option> <value> 這個命令很像Redis的CONFIG SET命令，用來改變指定master的配置。支持多個<option><value>。例如以下實例：

• SENTINEL SET objects-cache-master down-after-milliseconds 1000

只要是配置文件中存在的配置項，都可以用SENTINEL SET命令來設置。這個還可以用來設置master的屬性，比如說quorum(票數)，而不需要先刪除master，再重新添加master。例如：

SENTINEL SET objects-cache-master quorum 5

增加或刪除Sentinel

由於有sentinel自動發現機制，所以添加一個sentinel到你的集羣中非常容易，你所需要做的只是監控到某個Master上，然後新添加的sentinel就能獲得其他sentinel的信息以及master所有的slaves。

如果你需要添加多個sentinel，建議你一個接着一個添加，這樣可以預防網絡隔離帶來的問題。你可以每個30秒添加一個sentinel。最後你可以用SENTINEL MASTER mastername來檢查一下是否所有的sentinel都已經監控到了master。

刪除一個sentinel顯得有點複雜：因爲sentinel永遠不會刪除一個已經存在過的sentinel，即使它已經與組織失去聯繫很久了。
要想刪除一個sentinel，應該遵循如下步驟：

1. 停止所要刪除的sentinel

2. 發送一個SENTINEL RESET * 命令給所有其它的sentinel實例，如果你想要重置指定master上面的sentinel，只需要把*號改爲特定的名字，注意，需要一個接一個發，每次發送的間隔不低於30秒。

3. 檢查一下所有的sentinels是否都有一致的當前sentinel數。使用SENTINEL MASTER mastername 來查詢。

刪除舊master或者不可達slave

sentinel永遠會記錄好一個Master的slaves，即使slave已經與組織失聯好久了。這是很有用的，因爲sentinel集羣必須有能力把一個恢復可用的slave進行重新配置。

並且，failover後，失效的master將會被標記爲新master的一個slave，這樣的話，當它變得可用時，就會從新master上覆制數據。

然後，有時候你想要永久地刪除掉一個slave(有可能它曾經是個master)，你只需要發送一個SENTINEL RESET master命令給所有的sentinels，它們將會更新列表裏能夠正確地複製master數據的slave。

發佈/訂閱

客戶端可以向一個sentinel發送訂閱某個頻道的事件的命令，當有特定的事件發生時，sentinel會通知所有訂閱的客戶端。需要注意的是客戶端只能訂閱，不能發佈。

訂閱頻道的名字與事件的名字一致。例如，頻道名爲sdown 將會發布所有與SDOWN相關的消息給訂閱者。

如果想要訂閱所有消息，只需簡單地使用PSUBSCRIBE *

以下是所有你可以收到的消息的消息格式，如果你訂閱了所有消息的話。第一個單詞是頻道的名字，其它是數據的格式。

注意：以下的instance details的格式是：

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

如果這個redis實例是一個master，那麼@之後的消息就不會顯示。

  +reset-master <instance details> -- 當master被重置時.
    +slave <instance details> -- 當檢測到一個slave並添加進slave列表時.
    +failover-state-reconf-slaves <instance details> -- Failover狀態變爲reconf-slaves狀態時
    +failover-detected <instance details> -- 當failover發生時
    +slave-reconf-sent <instance details> -- sentinel發送SLAVEOF命令把它重新配置時
    +slave-reconf-inprog <instance details> -- slave被重新配置爲另外一個master的slave，但數據複製還未發生時。
    +slave-reconf-done <instance details> -- slave被重新配置爲另外一個master的slave並且數據複製已經與master同步時。
    -dup-sentinel <instance details> -- 刪除指定master上的冗餘sentinel時 (當一個sentinel重新啓動時，可能會發生這個事件).
    +sentinel <instance details> -- 當master增加了一個sentinel時。
    +sdown <instance details> -- 進入SDOWN狀態時;
    -sdown <instance details> -- 離開SDOWN狀態時。
    +odown <instance details> -- 進入ODOWN狀態時。
    -odown <instance details> -- 離開ODOWN狀態時。
    +new-epoch <instance details> -- 當前配置版本被更新時。
    +try-failover <instance details> -- 達到failover條件，正等待其他sentinel的選舉。
    +elected-leader <instance details> -- 被選舉爲去執行failover的時候。
    +failover-state-select-slave <instance details> -- 開始要選擇一個slave當選新master時。
    no-good-slave <instance details> -- 沒有合適的slave來擔當新master
    selected-slave <instance details> -- 找到了一個適合的slave來擔當新master
    failover-state-send-slaveof-noone <instance details> -- 當把選擇爲新master的slave的身份進行切換的時候。
    failover-end-for-timeout <instance details> -- failover由於超時而失敗時。
    failover-end <instance details> -- failover成功完成時。
    switch-master <master name> <oldip> <oldport> <newip> <newport> -- 當master的地址發生變化時。通常這是客戶端最感興趣的消息了。
    +tilt -- 進入Tilt模式。
    -tilt -- 退出Tilt模式。

TILT 模式

redis sentinel非常依賴系統時間，例如它會使用系統時間來判斷一個PING回覆用了多久的時間。
然而，假如系統時間被修改了，或者是系統十分繁忙，或者是進程堵塞了，sentinel可能會出現運行不正常的情況。
當系統的穩定性下降時，TILT模式是sentinel可以進入的一種的保護模式。當進入TILT模式時，sentinel會繼續監控工作，但是它不會有任何其他動作，它也不會去迴應is-master-down-by-addr這樣的命令了，因爲它在TILT模式下，檢測失效節點的能力已經變得讓人不可信任了。
如果系統恢復正常，持續30秒鐘，sentinel就會退出TITL模式。

-BUSY狀態

注意：該功能還未實現。

當一個腳本的運行時間超過配置的運行時間時，sentinel會返回一個-BUSY 錯誤信號。如果這件事發生在觸發一個failover之前，sentinel將會發送一個SCRIPT KILL命令，如果script是隻讀的話，就能成功執行。