图解 | 你管这破玩意叫哨兵?

图解 | 你管这破玩意叫哨兵?

我是一个苦逼的运维,有一次老板过来找我。

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老板:现在有四个 redis 节点摆在你面前,一主三从,你负责盯着点,主节点挂了你赶紧想办法拿从节点顶上来,交给你了!

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这还不简单!

首先我先分别连上这四台 redis 节点。

redis-cli -h 10.232.0.0 -p 6379
redis-cli -h 10.232.0.1 -p 6379
redis-cli -h 10.232.0.2 -p 6379
redis-cli -h 10.232.0.3 -p 6379

然后每隔 1s 分别发送 redis 专属的命令 PING

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我就这样一直不断地发送着 PING 命令,日复一日。

终于有一天,发送给主节点的 PING 命令收到了无效回复!

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我立刻打起了精神,开始操作了起来。

但我没有慌乱了手脚,很快我就梳理好了即将要做的三件事。

 

选择一个从节点,将其变为主节点。

 

选哪个节点好呢?先别管那么多了,随便选一个,就 10.232.0.3:6379 这个吧!

我对着这个节点,发送了一个命令。

10.232.0.3:6379> slaveof no one
OK

我想,这个节点应该就已经变成了主节点了,但我不太敢确定,于是又发送了一个命令进行确认。

10.232.0.3:6379> info

role:slave

诶,还没有变成主节点呢,那再给他点时间。一秒钟之后,我再次进行查看。

10.232.0.3:6379> info

role:master

嗯,这回已经成功变成主节点啦,进行下一步!

 

修改其他从节点的附属主节点

 

很简单,向另外两台从节点发送命令。

10.232.0.1:6379> slaveof 10.232.0.3 6379
OK
10.232.0.2:6379> slaveof 10.232.0.3 6379
OK

 

将挂掉的主节点变为从节点

 

这一步充分体现了我多年的运维经验,很多人都想不到。

原来的主节点我可不能不管,万一他又复活了,就得乖乖成为新主节点的从节点。

10.232.0.0:6379> slaveof 10.232.0.3 6379

但是我不能直接发送这个命令给它,因为它还挂着呢,所以我将命令保存起来,只要它一复活我就发给它这个命令。

整个三步看起来是这个样子。

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经过多次这样的操作,我终于熟悉了整个流程。

为了解放我自己的双手,我把这个固定的流程,写成了一个程序。

这个程序能实时监控这些 redis 节点的状态,并能自动报告并处理突发情况,我给他命名为哨兵程序。

而这个哨兵程序我单独用一台服务器部署,这个服务器就称为哨兵节点。

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哨兵一开始就连接这 4 个 redis 节点,并持续我刚刚的操作过程。

 

优化

 

我还发现了一个小的优化点,我无需知道这 4 个节点的全部信息,只需要知道主节点即可。

从节点的信息,我通过向主节点发送 info 命令即可获取,而且可以不断获取来更新。

10.232.0.0:6379> info

role:master

slave0:ip=10.232.0.1,port=6379,state=online …
slave0:ip=10.232.0.2,port=6379,state=online …
slave0:ip=10.232.0.3,port=6379,state=online …

这样,我在启动哨兵时,只要知道主节点即可,而且这样获取的从节点信息更准确,也更实时,就不用一直问老板啦。

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虽然已经可以解放双手,但兴致来了的我仍然没有收手。

刚刚主节点挂了之后,我随机从三个从节点中选择了一个作为主节点,不妨让这个随机也智能一些吧,不然总觉得太 low。

首先,我把所有的从节点的主要信息列出来(这里假设多一些节点方便分析)

节点

状态

距离上次回复的时间

复制偏移量

uid

1

DISCONNECTED

8

50

12345

2

DOWN

8

50

12346

3

7

50

12347

4

1

50

12348

5

DOWN

8

50

12349

6

1

50

12350

先去掉所有断线或下线的节点。

节点

状态

距离上次

回复的时间

复制偏移量

uid

1

DISCONNECTED

8

50

12345

2

DOWN

8

50

12346

3

7

50

12347

4

1

50

12348

5

DOWN

8

50

12349

6

1

50

12350

再去掉最后一个 ping 请求过去后,未回应的时间大于 5s 的。

节点

状态

距离上次

回复的时间

复制偏移量

uid

1

DISCONNECTED

8

50

12345

2

DOWN

8

50

12346

3

7

50

12347

4

1

50

12348

5

DOWN

8

50

12349

6

1

50

12350

剩下两个,是至少状态健康的节点,继续择优录取。

我们比较其复制偏移量的值,这个代表其从主节点成功复制了多少数据,选择一个复制偏移量最多的,也就是与主节点最接近同步的。

节点

状态

距离上次

回复的时间

复制偏移量

uid

4

1

50

12348

6

1

50

12350

不过我们发现其偏移量一样。

到现在,这两个节点无论从健康状态,还是同步状态,都是完全一样的,没办法分出谁好谁坏了,那怎么办呢?

没关系,还有一个终极武器,就是唯一标识 uid,这两个 uid 在启动节点时就保证了必然不相同,我们选择一个相对较小的。

节点

状态

距离上次

回复的时间

复制偏移量

uid

4

1

50

12348

OK,最终可以唯一确定一个从节点,就把它变为主节点了!

我把这个复杂的过程,写成了一个方法,sentinelSelectSlave(),放在了哨兵程序中,用来选择一个从节点。

嗯,现在这个程序看起来,已经很完善了!

我放心地把这个哨兵程序启动起来,之后的很长一段时间,我就靠着我的哨兵程序,成功自动应对了很多次突发情况,有一次甚至在半夜两点多迅速将问题发现并解决。

老板一直夸我坚守岗位,半夜了还这么负责,我很快得到了晋升。

直到有一次,我正在开开心心摸鱼,老板气哄哄地走来。

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老板:redis 都挂了一个小时了!你怎么还不处理!额?你这是看什么?leetcode?是准备跳槽了么!

我一脸懵逼,赶紧看了一下我的哨兵进程,我擦,哨兵服务器挂掉了!

我被降了职,但仍然要负责看着这些 redis 节点,这回我可不敢怠慢了。

我继续用哨兵程序监控着这些节点的生死,但我自己又多了一项任务,就是监控哨兵节点的状态,仿佛一夜回到解放前。

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怎么样再次解放我的双手,让程序帮我去监控和处理这个哨兵节点的健康状态呢?

我灵机一动,部署多个哨兵节点,成为哨兵集群!只要有一个节点活着就行,这样同时都挂掉的概率就非常小了。

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当然,有三个哨兵时,每个哨兵就不能太自我了,得听从组织统一安排。

 

主客观问题

 

比如说,当哨兵 1 认为主节点已经挂掉时,不能认为主节点就真的挂掉了,这种判断叫做主观下线。

哨兵 1 主观认为主节点下线时,需要询问其他节点,主节点是否已经下线。

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如果其中哨兵 2 回复,主节点下线了,哨兵 3 回复,主节点没下线。

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那么这个时候,哨兵集群中,一共有 2 个哨兵都主观认为主节点下线。

当主观下线的数量达到一定值时,比如说 >=2 时,我们就可以认为,主节点客观下线。

一旦主节点客观下线了,那就又可以走之前的故障处理流程,即选择一个从节点变成主节点。

 

领头问题

 

接下来,将从节点变成主节点,也就是后续的这个故障处理流程,由哪个哨兵来完成呢?

总不能同时来操作吧。

那就必然需要选举出一个领头来完成这个事。

怎么选举出一个领头呢?我总不能再用一个哨兵去做吧,那样就无限套娃了,最好的方式就是让他们仨自发地决定。

这部分有点复杂,在这里展开不太合适,可以单独水一篇文章来讲解,感兴趣的同学可以看一下 Raft 算法,哨兵集群正是通过这个算法来选举领头的。

OK,我终于再次解放了我的双手!

我把这个破玩意,称为哨兵系统,或者哨兵集群!

我再给哨兵起个英文名字,叫 Sentinel 吧!

后记

本次选取的 redis 代码为 redis-3.0.0。

之所以能够通过”我”这个视角来写哨兵,正是因为哨兵这个程序,完全可以由人不断输入 redis 命令来轻松完成,并不需要什么其他协议的支持。

比如判断节点健康状态的 ping,拿到节点信息的 info,设置主从节点的 slaveof,甚至询问其他哨兵节点是否在线的命令 sentinel is-master-down-by addr 等等,都是 redis 支持的客户端命令,对用户端非常友好。

redis 的源代码也是非常干净,而且设计得很精妙,建议有兴趣的读者可以深入源码进行阅读,不算难。

比如上面讲的,如何从一堆从节点中,选取一个作为主节点。

这个知识点网上搜,你会搜到很多云里雾里的解释,而如果你看源码,你会发现这个过程非常清晰。

sentinelRedisInstance *sentinelSelectSlave() {
    ...
    // 去掉一些节点
    while((de = dictNext(di)) != NULL) {
        ...
        if (slave->flags & (DOWN||DISCONNECTED)) continue;
        if (mstime() - slave->last_avail_time > 5000) continue;
        if (slave->slave_priority == 0) continue;
        if (...) continue;
        ...
    }
    // 剩下的节点排个序
    qsort(..., compareSlavesForPromotion);
    // 取第一个
    return instance[0];
}


// 怎么排序呢?就这么排
int compareSlavesForPromotion(const void *a, const void *b) {
    // 先按优先级排
    if ((*sa)->slave_priority != (*sb)->slave_priority)
        return (*sa)->slave_priority - (*sb)->slave_priority;
    // 优先级一样按偏移量排
    if ((*sa)->slave_repl_offset > (*sb)->slave_repl_offset) {
        return -1;
    } else if ((*sa)->slave_repl_offset < (*sb)->slave_repl_offset) {
        return 1;
    }
    ...
    // 偏移量一样按唯一标识排
    return strcasecmp(sa_runid, sb_runid);
}

 

我想相信如果你停下来仔细看几秒,哪怕你对 c 语言并不熟悉,也能看懂个大概了,再结合网上或者书上关于这块的描述,你就有了很直观的印象。

关于 redis 源码的深入学习,我建议先阅读黄健宏的《Redis 设计与实现》,这本书代码量很少,但逻辑描述完全按照写代码的思维来讲,你读一下就知道了。

读完这本书,直接上手 redis 源码的阅读,你可以选择 redis-1.0.0 代码,非常少,主要阅读其整个网络 IO 以及命令处理的流程。

接着,从 redis-3.0.0 开始,有针对性研究其主从、集群、哨兵等特性。

这样,redis 在你这,就不再是模模糊糊了。

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