高可用性（High Availability）：Redis 哨兵是Redis官方的高可用性解决方案

Redis 的 哨兵（Sentinel）

Redis 的 Sentinel 系统用于管理多个 Redis 服务器（instance）， 该系统执行以下三个任务：

监控：哨兵会不断检查你的主服务器和从服务器是否运作正常。 提醒：当被监控的某个Redis服务器出现问题时，哨兵可以通过API给程序员发送通知 自动故障转移：主服务器宕机，哨兵会开始一次自动故障转移操作，升级一个从服务器为主服务器，并让其他从服务器改为复制新的主服务器；当客户端试图连接失效的主服务器时，集群也会向客户端返回新的主服务器地址，使得集群可以新的主服务器代替失效服务器。

注：Redis的哨兵是一个分布式系统，你可以在架构中运行多个哨兵进程，这些进程使用gossip 协议来接受主服务器是否下线的信息，并使用投票协议来决定是否执行故障转移，以及选择哪个从服务器作为新的主服务器

虽然 Redis 哨兵有一个单独的可执行文件 redis-sentinel ， 但实际上它只是一个运行在特殊模式下的 Redis 服务器， 你可以在启动一个普通 Redis 服务器时通过给定 –sentinel 选项来启动 Redis 哨兵。

启动 Sentinel

对于 redis-sentinel 程序， 你可以用以下命令来启动 哨兵系统：

对于 redis-server 程序， 你可以用以下命令来启动一个运行在 哨兵模式下的 Redis 服务器：

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

注：两种方法都可以启动一个 Sentinel 实例。

启动 哨兵 实例必须指定相应的配置文件， 系统会使用配置文件来保存 Sentinel 的当前状态， 并在 哨兵重启时通过载入配置文件来进行状态还原。

如果启动 哨兵 时没有指定相应的配置文件， 或者指定的配置文件不可写（not writable）， 那么 哨兵会拒绝启动。

配置 Sentinel

Redis 源码中包含了一个名为 sentinel.conf 的文件， 这个文件是一个带有详细注释的 Sentinel 配置文件示例。

运行一个 Sentinel 所需的最少配置如下所示：

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

第一行配置指示 Sentinel 去监视一个名为 mymaster 的主服务器， 这个主服务器的 IP 地址为 127.0.0.1 ， 端口号为 6379 ， 而将这个主服务器判断为失效至少需要 2 个 Sentinel 同意 （只要同意 Sentinel 的数量不达标，自动故障迁移就不会执行）。

各个选项的功能如下：

• down-after-milliseconds 选项指定了 Sentinel 认为服务器已经断线所需的毫秒数。

如果服务器在给定的毫秒数之内， 没有返回 Sentinel 发送的 PING 命令的回复， 或者返回一个错误， 那么 Sentinel 将这个服务器标记为主观下线。

• parallel-syncs 选项指定了在执行故障转移时， 最多可以有多少个从服务器同时对新的主服务器进行同步， 这个数字越小， 完成故障转移所需的时间就越长。

如果从服务器被设置为允许使用过期数据集，那么你可能不希望所有从服务器都在同一时间向新的主服务器发送同步请求， 因为尽管复制过程的绝大部分步骤都不会阻塞从服务器， 但从服务器在载入主服务器发来的 RDB 文件时， 仍然会造成从服务器在一段时间内不能处理命令请求： 如果全部从服务器一起对新的主服务器进行同步， 那么就可能会造成所有从服务器在短时间内全部不可用的情况出现。 你可以通过将这个值设为 1 来保证每次只有一个从服务器处于不能处理命令请求的状态。

主观下线和客观下线

• 主观下线：指的是单个 Sentinel 实例对服务器做出的下线判断。
• 客观下线：指的是多个 Sentinel 实例在对同一个服务器做出 SDOWN 判断， 并且通过 SENTINEL is-master-down-by-addr 命令互相交流之后， 得出的服务器下线判断。 （一个 Sentinel 可以通过向另一个 Sentinel 发送 SENTINEL is-master-down-by-addr 命令来询问对方是否认为给定的服务器已下线。）

如果一个服务器没有在 master-down-after-milliseconds 选项所指定的时间内， 对向它发送 PING 命令的 Sentinel 返回一个有效回复（valid reply）， 那么 Sentinel 就会将这个服务器标记为主观下线。

服务器对 PING 命令的有效回复可以是以下三种回复的其中一种：

• 返回 +PONG 。
• 返回 -LOADING 错误。
• 返回 -MASTERDOWN 错误。

如果服务器返回除以上三种回复之外的其他回复， 又或者在指定时间内没有回复 PING 命令， 那么 Sentinel 认为服务器返回的回复无效（non-valid）。

注意， 一个服务器必须在 master-down-after-milliseconds 毫秒内， 一直返回无效回复才会被 Sentinel 标记为主观下线。

客观下线条件只适用于主服务器： 对于任何其他类型的 Redis 实例， Sentinel 在将它们判断为下线前不需要进行协商， 所以从服务器或者其他 Sentinel 永远不会达到客观下线条件。

只要一个 Sentinel 发现某个主服务器进入了客观下线状态， 这个 Sentinel 就可能会被其他 Sentinel 推选出， 并对失效的主服务器执行自动故障迁移操作。

每个 Sentinel 都需要定期执行的任务

• 每个 Sentinel 以每秒钟一次的频率向它所知的主服务器、从服务器以及其他 Sentinel 实例发送一个 PING 命令。
• 如果一个实例（instance）距离最后一次有效回复 PING 命令的时间超过 down-after-milliseconds 选项所指定的值， 那么这个实例会被 Sentinel 标记为主观下线。 一个有效回复可以是： +PONG 、 -LOADING 或者 -MASTERDOWN 。
• 如果一个主服务器被标记为主观下线， 那么正在监视这个主服务器的所有 Sentinel 要以每秒一次的频率确认主服务器的确进入了主观下线状态。
• 如果一个主服务器被标记为主观下线， 并且有足够数量的 Sentinel （至少要达到配置文件指定的数量）在指定的时间范围内同意这一判断， 那么这个主服务器被标记为客观下线。
• 在一般情况下， 每个 Sentinel 会以每 10 秒一次的频率向它已知的所有主服务器和从服务器发送 INFO 命令。 当一个主服务器被 Sentinel 标记为客观下线时， Sentinel 向下线主服务器的所有从服务器发送 INFO 命令的频率会从 10 秒一次改为每秒一次。
• 当没有足够数量的 Sentinel 同意主服务器已经下线， 主服务器的客观下线状态就会被移除。 当主服务器重新向 Sentinel 的 PING 命令返回有效回复时， 主服务器的主观下线状态就会被移除。

自动发现 Sentinel 和从服务器

一个 Sentinel 可以与其他多个 Sentinel 进行连接， 各个 Sentinel 之间可以互相检查对方的可用性， 并进行信息交换。

你无须为运行的每个 Sentinel 分别设置其他 Sentinel 的地址， 因为 Sentinel 可以通过发布与订阅功能来自动发现正在监视相同主服务器的其他 Sentinel ， 这一功能是通过向频道 sentinel:hello 发送信息来实现的。

与此类似， 你也不必手动列出主服务器属下的所有从服务器， 因为 Sentinel 可以通过询问主服务器来获得所有从服务器的信息。

• 每个 Sentinel 会以每两秒一次的频率， 通过发布与订阅功能， 向被它监视的所有主服务器和从服务器的 sentinel:hello 频道发送一条信息， 信息中包含了 Sentinel 的 IP 地址、端口号和运行 ID （runid）。
• 每个 Sentinel 都订阅了被它监视的所有主服务器和从服务器的 sentinel:hello 频道， 查找之前未出现过的 sentinel （looking for unknown sentinels）。 当一个 Sentinel 发现一个新的 Sentinel 时， 它会将新的 Sentinel 添加到一个列表中， 这个列表保存了 Sentinel 已知的， 监视同一个主服务器的所有其他 Sentinel 。
• Sentinel 发送的信息中还包括完整的主服务器当前配置（configuration）。 如果一个 Sentinel 包含的主服务器配置比另一个 Sentinel 发送的配置要旧， 那么这个 Sentinel 会立即升级到新配置上。
• 在将一个新 Sentinel 添加到监视主服务器的列表上面之前， Sentinel 会先检查列表中是否已经包含了和要添加的 Sentinel 拥有相同运行 ID 或者相同地址（包括 IP 地址和端口号）的 Sentinel ， 如果是的话， Sentinel 会先移除列表中已有的那些拥有相同运行 ID 或者相同地址的 Sentinel ， 然后再添加新 Sentinel

Sentinel API

在默认情况下， Sentinel 使用 TCP 端口 26379 （普通 Redis 服务器使用的是 6379 ）。

Sentinel 接受 Redis 协议格式的命令请求， 所以你可以使用 redis-cli 或者任何其他 Redis 客户端来与 Sentinel 进行通讯。

有两种方式可以和 Sentinel 进行通讯：

• 第一种方法是通过直接发送命令来查询被监视 Redis 服务器的当前状态， 以及 Sentinel 所知道的关于其他 Sentinel 的信息， 诸如此类。
• 另一种方法是使用发布与订阅功能， 通过接收 Sentinel 发送的通知： 当执行故障转移操作， 或者某个被监视的服务器被判断为主观下线或者客观下线时， Sentinel 就会发送相应的信息。

Sentinel 命令

以下列出的是 Sentinel 接受的命令：

• PING ：返回 PONG 。
• SENTINEL masters ：列出所有被监视的主服务器，以及这些主服务器的当前状态。
• SENTINEL slaves ：列出给定主服务器的所有从服务器，以及这些从服务器的当前状态。
• SENTINEL get-master-addr-by-name ： 返回给定名字的主服务器的 IP 地址和端口号。 如果这个主服务器正在执行故障转移操作， 或者针对这个主服务器的故障转移操作已经完成， 那么这个命令返回新的主服务器的 IP 地址和端口号。
• SENTINEL reset ： 重置所有名字和给定模式 pattern 相匹配的主服务器。 pattern 参数是一个 Glob 风格的模式。 重置操作清楚主服务器目前的所有状态， 包括正在执行中的故障转移， 并移除目前已经发现和关联的， 主服务器的所有从服务器和 Sentinel 。
• SENTINEL failover ： 当主服务器失效时， 在不询问其他 Sentinel 意见的情况下， 强制开始一次自动故障迁移 （不过发起故障转移的 Sentinel 会向其他 Sentinel 发送一个新的配置，其他 Sentinel 会根据这个配置进行相应的更新）。

故障转移

一次故障转移操作由以下步骤组成：

• 发现主服务器已经进入客观下线状态。
• 对我们的当前纪元进行自增（详情请参考 Raft leader election ）， 并尝试在这个纪元中当选。
• 如果当选失败， 那么在设定的故障迁移超时时间的两倍之后， 重新尝试当选。 如果当选成功， 那么执行以下步骤。
• 选出一个从服务器，并将它升级为主服务器。
• 向被选中的从服务器发送 SLAVEOF NO ONE 命令，让它转变为主服务器。
• 通过发布与订阅功能， 将更新后的配置传播给所有其他 Sentinel ， 其他 Sentinel 对它们自己的配置进行更新。
• 向已下线主服务器的从服务器发送 SLAVEOF 命令， 让它们去复制新的主服务器。
• 当所有从服务器都已经开始复制新的主服务器时， 领头 Sentinel 终止这次故障迁移操作。

每当一个 Redis 实例被重新配置（reconfigured） —— 无论是被设置成主服务器、从服务器、又或者被设置成其他主服务器的从服务器 —— Sentinel 都会向被重新配置的实例发送一个 CONFIG REWRITE 命令， 从而确保这些配置会持久化在硬盘里。

Sentinel 使用以下规则来选择新的主服务器：

• 在失效主服务器属下的从服务器当中， 那些被标记为主观下线、已断线、或者最后一次回复 PING 命令的时间大于五秒钟的从服务器都会被淘汰。
• 在失效主服务器属下的从服务器当中， 那些与失效主服务器连接断开的时长超过 down-after 选项指定的时长十倍的从服务器都会被淘汰。
• 在经历了以上两轮淘汰之后剩下来的从服务器中， 我们选出复制偏移量（replication offset）最大的那个从服务器作为新的主服务器； 如果复制偏移量不可用， 或者从服务器的复制偏移量相同， 那么带有最小运行 ID 的那个从服务器成为新的主服务器。

Sentinel 自动故障迁移的一致性特质

Sentinel 自动故障迁移使用 Raft 算法来选举领头（leader） Sentinel ， 从而确保在一个给定的纪元（epoch）里， 只有一个领头产生。

这表示在同一个纪元中， 不会有两个 Sentinel 同时被选中为领头， 并且各个 Sentinel 在同一个纪元中只会对一个领头进行投票。

更高的配置纪元总是优于较低的纪元， 因此每个 Sentinel 都会主动使用更新的纪元来代替自己的配置。

简单来说， 我们可以将 Sentinel 配置看作是一个带有版本号的状态。 一个状态会以最后写入者胜出（last-write-wins）的方式（也即是，最新的配置总是胜出）传播至所有其他 Sentinel 。

举个例子， 当出现网络分割（network partitions）时， 一个 Sentinel 可能会包含了较旧的配置， 而当这个 Sentinel 接到其他 Sentinel 发来的版本更新的配置时， Sentinel 就会对自己的配置进行更新。

如果要在网络分割出现的情况下仍然保持一致性， 那么应该使用 min-slaves-to-write 选项， 让主服务器在连接的从实例少于给定数量时停止执行写操作， 与此同时， 应该在每个运行 Redis 主服务器或从服务器的机器上运行 Redis Sentinel 进程。

Sentinel 状态的持久化

Sentinel 的状态会被持久化在 Sentinel 配置文件里面。

每当 Sentinel 接收到一个新的配置， 或者当领头 Sentinel 为主服务器创建一个新的配置时， 这个配置会与配置纪元一起被保存到磁盘里面。

这意味着停止和重启 Sentinel 进程都是安全的。

Sentinel 在非故障迁移的情况下对实例进行重新配置

即使没有自动故障迁移操作在进行， Sentinel 总会尝试将当前的配置设置到被监视的实例上面。 特别是：

• 根据当前的配置， 如果一个从服务器被宣告为主服务器， 那么它会代替原有的主服务器， 成* 为新的主服务器， 并且成为原有主服务器的所有从服务器的复制对象。 那些连接了错误主服务器的从服务器会被重新配置， 使得这些从服务器会去复制正确的主服务器。

不过， 在以上这些条件满足之后， Sentinel 在对实例进行重新配置之前仍然会等待一段足够长的时间， 确保可以接收到其他 Sentinel 发来的配置更新， 从而避免自身因为保存了过期的配置而对实例进行了不必要的重新配置。

TILT 模式

Redis Sentinel 严重依赖计算机的时间功能： 比如说， 为了判断一个实例是否可用， Sentinel 会记录这个实例最后一次相应 PING 命令的时间， 并将这个时间和当前时间进行对比， 从而知道这个实例有多长时间没有和 Sentinel 进行任何成功通讯。

不过， 一旦计算机的时间功能出现故障， 或者计算机非常忙碌， 又或者进程因为某些原因而被阻塞时， Sentinel 可能也会跟着出现故障。

TILT 模式是一种特殊的保护模式： 当 Sentinel 发现系统有些不对劲时， Sentinel 就会进入 TILT 模式。

因为 Sentinel 的时间中断器默认每秒执行 10 次， 所以我们预期时间中断器的两次执行之间的间隔为 100 毫秒左右。 Sentinel 的做法是， 记录上一次时间中断器执行时的时间， 并将它和这一次时间中断器执行的时间进行对比：

TILT 模式 Redis Sentinel 严重依赖计算机的时间功能： 比如说， 为了判断一个实例是否可用， Sentinel 会记录这个实例最后一次相应 PING 命令的时间， 并将这个时间和当前时间进行对比， 从而知道这个实例有多长时间没有和 Sentinel 进行任何成功通讯。 不过， 一旦计算机的时间功能出现故障， 或者计算机非常忙碌， 又或者进程因为某些原因而被阻塞时， Sentinel 可能也会跟着出现故障。 TILT 模式是一种特殊的保护模式： 当 Sentinel 发现系统有些不对劲时， Sentinel 就会进入 TILT 模式。 因为 Sentinel 的时间中断器默认每秒执行 10 次， 所以我们预期时间中断器的两次执行之间的间隔为 100 毫秒左右。 Sentinel 的做法是， 记录上一次时间中断器执行时的时间， 并将它和这一次时间中断器执行的时间进行对比：

如果 TILT 可以正常维持 30 秒钟， 那么 Sentinel 退出 TILT 模式。

处理 -BUSY 状态

当 Lua 脚本的运行时间超过指定时限时， Redis 就会返回 -BUSY 错误。

当出现这种情况时， Sentinel 在尝试执行故障转移操作之前， 会先向服务器发送一个 SCRIPT KILL 命令， 如果服务器正在执行的是一个只读脚本的话， 那么这个脚本就会被杀死， 服务器就会回到正常状态。