Redis Cluster 分布式集群

作者: 唯爱熊 | 来源:发表于2019-12-30 11:57 被阅读0次

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一.什么是Redis Cluster

1）Redis集群是一个可以在多个Redis节点之间进行数据共享的设施（installation）。

2）Redis集群不支持那些需要同时处理多个键的Redis命令，因为执行这些命令需要在多个Redis节点之间移动数据，并且在高负载的情况下，这些命令将降低Redis集群的性能，并导致不可预测的行为。

3）Redis集群通过分区（partition）来提供一定程度的可用性（availability）：即使集群中有一部分节点失效或者无法进行通讯，集群也可以继续处理命令请求。

4）Redis集群有将数据自动切分（split）到多个节点的能力。

二.Redis Cluster的特点

高性能

1.在多分片节点中，将16384个槽位，均匀分布到多个分片节点中
2.存数据时，将key做crc16（key），然后和16384进行取模，得出槽位值（0-16384之间）
3.根据计算得出的槽位值，找到相对应的分片节点的主节点，存储到相应槽位上
4.如果客户端当时连接的节点不是将来要存储的分片节点，分片集群会将客户端连接切换至真正存储节点进行数据存储

高可用
在搭建集群时，会为每一个分片的主节点，对应一个从节点，实现slaveof功能，同时当主节点down，实现类似于sentinel的自动failover的功能。

三.Redis Cluster客户端连接任意节点

如图所示，当我们用客户端连接A分片时，如果按照数据的取模，我们想要访问的数据，不在A分片中，那么集群会自动将请求进行转发。

四.redis集群数据共享

Redis 集群使用数据分片（sharding）而非一致性哈希（consistency hashing）来实现：一个 Redis 集群包含 16384 个哈希槽（hash slot），数据库中的每个键都属于这 16384 个哈希槽的其中一个，集群使用公式 CRC16(key) % 16384 来计算键 key 属于哪个槽，其中 CRC16(key) 语句用于计算键 key 的 CRC16 校验和。

1.节点 A 负责处理 0 号至 5500 号哈希槽。
2.节点 B 负责处理 5501 号至 11000 号哈希槽。
3.节点 C 负责处理 11001 号至 16384 号哈希槽。

五.Redis Cluster运行机制

所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽.
节点的fail是通过集群中超过半数的master节点检测失效时才生效.
客户端与redis节点直连,不需要中间proxy层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可
把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上,cluster 负责维护node<->slot<->key

六.Redis Cluster如何做集群复制

为了使得集群在一部分节点下线或者无法与集群的大多数（majority）节点进行通讯的情况下，仍然可以正常运作， Redis 集群对节点使用了主从复制功能：集群中的每个节点都有 1 个至 N 个复制品（replica），其中一个复制品为主节点（master），而其余的 N-1 个复制品为从节点（slave）。

在之前列举的节点 A 、B 、C 的例子中，如果节点 B 下线了，那么集群将无法正常运行，因为集群找不到节点来处理 5501 号至 11000 号的哈希槽。

假如在创建集群的时候（或者至少在节点 B 下线之前），我们为主节点 B 添加了从节点 B1 ，那么当主节点 B 下线的时候，集群就会将 B1 设置为新的主节点，并让它代替下线的主节点 B ，继续处理 5501 号至 11000 号的哈希槽，这样集群就不会因为主节点 B 的下线而无法正常运作了。

不过如果节点 B 和 B1 都下线的话， Redis 集群还是会停止运作。

集群的复制特性重用了 SLAVEOF 命令的代码，所以集群节点的复制行为和 SLAVEOF 命令的复制行为完全相同。

七.Redis Cluster故障转移

1）在集群里面，节点会对其他节点进行下线检测。

2）当一个主节点下线时，集群里面的其他主节点负责对下线主节点进行故障移。

3）换句话说，集群的节点集成了下线检测和故障转移等类似 Sentinel 的功能。

4）因为 Sentinel 是一个独立运行的监控程序，而集群的下线检测和故障转移等功能是集成在节点里面的，它们的运行模式非常地不同，所以尽管这两者的功能很相似，但集群的实现没有重用 Sentinel 的代码。

八.Redis Cluster中执行命令的两种情

1）命令发送到了正确的节点：命令要处理的键所在的槽正好是由接收命令的节点负责，那么该节点执行命令，就像单机 Redis 服务器一样。
2）命令发送到了错误的节点：接收到命令的节点并非处理键所在槽的节点，那么节点将向客户端返回一个转向（redirection）错误，告知客户端应该到哪个节点去执行这个命令，客户端会根据错误提示的信息，重新向正确的节点发送命令。

九.Redis Cluster 手动安装部署

1.部署Redis Cluster

环境规划以及地址分配
6个redis实例，一般会放到3台硬件服务器
注意：在规划中，一个分片的主从分片分到不同的物理机，防止硬件主机宕机造成的整个分片数据丢失。

2.三台服务器安装redis

#安装依赖
[root@redis01 ~]# install gcc -y
#创建目录
[root@redis01 ~]# mkdir -p /data/soft
[root@redis01 ~]# mkdir -p /data/redis_6379
[root@redis01 ~]# mkdir -p /opt/redis_6379/{conf,pid,logs}
#下载
[root@redis01 ~]# cd /data/soft/
[root@redis01 ~]# wget http://download.redis.io/releases/redis-3.2.9.tar.gz
#解压
[root@redis01 ~]# tar zxf redis-3.2.9.tar.gz -C /opt/
#做软链接
[root@redis01 ~]# ln -s /opt/redis-3.2.9/ /opt/redis
#编译安装
[root@redis01 ~]# cd /opt/redis
[root@redis01 ~]# make && make install

3.单台多实例部署

##redis01操作
#创建安装目录和数据保存目录
[root@redis01 ~]# mkdir -p /opt/redis_{6380,6381}/{conf,logs,pid}
[root@redis01 ~]# mkdir -p /data/redis_{6380,6381}
#配置文件
[root@redis01 ~]# cat >/opt/redis_6380/conf/redis_6380.conf<<EOF
> bind 10.0.0.73
> port 6380
> daemonize yes
> pidfile "/opt/redis_6380/pid/redis_6380.pid"
> logfile "/opt/redis_6380/logs/redis_6380.log"
> dbfilename "redis_6380.rdb"
> dir "/data/redis_6380/"
> cluster-enabled yes
> cluster-config-file nodes_6380.conf
> cluster-node-timeout 15000
> EOF
#复制配置文件
[root@redis01 ~]# cd /opt/
[root@redis01 /opt]# cp redis_6380/conf/redis_6380.conf redis_6381/conf/redis_6381.conf
#替换端口
[root@redis01 /opt]# sed -i 's#6380#6381#g' redis_6381/conf/redis_6381.conf 
#将当前的配置文件发送到其他两台服务器
[root@redis01 /opt]# rsync -avz /opt/redis_638* 10.0.0.74:/opt/
[root@redis01 /opt]# rsync -avz /opt/redis_638* 10.0.0.75:/opt/
#启动节点
[root@redis01 /opt]# redis-server /opt/redis_6380/conf/redis_6380.conf
[root@redis01 /opt]# redis-server /opt/redis_6381/conf/redis_6381.conf
#检测是否启动成功
[root@redis01 /opt]# ps -ef|grep redis
root       9729      1  0 15:40 ?        00:00:00 redis-server 10.0.0.73:6380 [cluster]
root       9731      1  0 15:40 ?        00:00:00 redis-server 10.0.0.73:6381 [cluster]
root       9733   8915  0 15:40 pts/0    00:00:00 grep --color=auto redis

##redis02配置
[root@redis02 ~]# find /opt/redis_638* -type f -name "*.conf"|xargs sed -i "/bind/s#73#74#g"
[root@redis02 ~]# mkdir –p /data/redis_{6380,6381}
[root@redis02 ~]# redis-server /opt/redis_6380/conf/redis_6380.conf
[root@redis02 ~]# redis-server /opt/redis_6381/conf/redis_6381.conf
[root@redis02 ~]# ps -ef|grep redis
root       7407      1  0 05:30 ?        00:03:00 redis-server 127.0.0.1:6379
root       7445      1  0 05:40 ?        00:03:21 redis-sentinel 10.0.0.74:26379 [sentinel]
root       9760      1  0 16:04 ?        00:00:00 redis-server 10.0.0.74:6380 [cluster]
root       9762      1  0 16:04 ?        00:00:00 redis-server 10.0.0.74:6381 [cluster]
root       9764   8915  0 16:04 pts/0    00:00:00 grep --color=auto redis

##redis03操作
[root@redis03 ~]# find /opt/redis_638* -type f -name "*.conf"|xargs sed -i "/bind/s#73#75#g"
[root@redis03 ~]# mkdir –p /data/redis_{6380,6381}
[root@redis03 ~]# redis-server /opt/redis_6380/conf/redis_6380.conf
[root@redis03 ~]# redis-server /opt/redis_6380/conf/redis_6380.conf
[root@redis03 ~]# redis-server /opt/redis_6381/conf/redis_6381.conf
[root@redis03 ~]# ps -ef|grep redis
root       9777   8922  0 16:06 pts/0    00:00:00 rsync -avz /opt/redis_6380 /opt/redis_6381 10.0.0.75:/opt/
root       9787      1  0 16:06 ?        00:00:00 redis-server 10.0.0.75:6380 [cluster]
root       9789      1  0 16:06 ?        00:00:00 redis-server 10.0.0.75:6381 [cluster]
root       9795   8922  0 16:06 pts/0    00:00:00 grep --color=auto redis

4.集群发现节点

说明：单台执行或者多台执行都可以，这里不分多少或先后。

[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380 CLUSTER MEET 10.0.0.73 6381
OK
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380 CLUSTER MEET 10.0.0.74 6380
OK
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380 CLUSTER MEET 10.0.0.74 6381
OK
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380 CLUSTER MEET 10.0.0.75 6380
OK
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380 CLUSTER MEET 10.0.0.75 6381
OK
#检测结果
[root@redis01 ~]# bash redis_shell.sh login 6380
10.0.0.73:6380> CLUSTER NODES
d77dd1c1dd81fb2bbd86e463d31602cb761aad94 10.0.0.73:6381 master - 0 1577706048622 1 connected
5fb94793876292ec0f5640d9ce8977f0c7be3ccf 10.0.0.75:6380 master - 0 1577706051141 3 connected
6c80a6cc9b852785a11f762bcf25d08c56c4d871 10.0.0.74:6381 master - 0 1577706049630 5 connected
ef7fa8b38d97100b2b0c4e14e095d74e1c0ad78f 10.0.0.73:6380 myself,master - 0 0 0 connected
df84fae88519747024378de4f91519f833b69d03 10.0.0.75:6381 master - 0 1577706051645 2 connected
7b1d68238098af40d65ece6b9edcf26824ee3479 10.0.0.74:6380 master - 0 1577706050636 4 connected
[root@redis02 ~]# bash redis_shell.sh login 6380
10.0.0.74:6380> CLUSTER NODES
7b1d68238098af40d65ece6b9edcf26824ee3479 10.0.0.74:6380 myself,master - 0 0 4 connected
ef7fa8b38d97100b2b0c4e14e095d74e1c0ad78f 10.0.0.73:6380 master - 0 1577706096935 0 connected
6c80a6cc9b852785a11f762bcf25d08c56c4d871 10.0.0.74:6381 master - 0 1577706093908 5 connected
5fb94793876292ec0f5640d9ce8977f0c7be3ccf 10.0.0.75:6380 master - 0 1577706094918 3 connected
df84fae88519747024378de4f91519f833b69d03 10.0.0.75:6381 master - 0 1577706097942 2 connected
d77dd1c1dd81fb2bbd86e463d31602cb761aad94 10.0.0.73:6381 master - 0 1577706095925 1 connected
[root@redis03 ~]# bash redis_shell.sh login 6380
10.0.0.75:6380> CLUSTER NODES
d77dd1c1dd81fb2bbd86e463d31602cb761aad94 10.0.0.73:6381 master - 0 1577706190136 1 connected
5fb94793876292ec0f5640d9ce8977f0c7be3ccf 10.0.0.75:6380 myself,master - 0 0 3 connected
6c80a6cc9b852785a11f762bcf25d08c56c4d871 10.0.0.74:6381 master - 0 1577706191144 5 connected
7b1d68238098af40d65ece6b9edcf26824ee3479 10.0.0.74:6380 master - 0 1577706193159 4 connected
df84fae88519747024378de4f91519f833b69d03 10.0.0.75:6381 master - 0 1577706192150 2 connected
ef7fa8b38d97100b2b0c4e14e095d74e1c0ad78f 10.0.0.73:6380 master - 0 1577706194167 0 connected

5.手动分配槽位

5.1槽位规划

redis01:6380  0-5460
redis02:6380  5461-10921
redis03:6380  10922-16383

5.2分配槽位

[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380 CLUSTER ADDSLOTS {0..5460}
OK
[root@redis02 ~]# redis-cli -h 10.0.0.74 -p 6380 CLUSTER ADDSLOTS {5461..10921}
OK
[root@redis03 ~]# redis-cli -h 10.0.0.75 -p 6380 CLUSTER ADDSLOTS {10922..16383}
OK

5.3查看节点检测集群状态

#节点
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380
10.0.0.73:6380> CLUSTER NODES
d77dd1c1dd81fb2bbd86e463d31602cb761aad94 10.0.0.73:6381 master - 0 1577706835729 1 connected
5fb94793876292ec0f5640d9ce8977f0c7be3ccf 10.0.0.75:6380 master - 0 1577706831700 3 connected 10922-16383
6c80a6cc9b852785a11f762bcf25d08c56c4d871 10.0.0.74:6381 master - 0 1577706834723 5 connected
ef7fa8b38d97100b2b0c4e14e095d74e1c0ad78f 10.0.0.73:6380 myself,master - 0 0 0 connected 0-5460
df84fae88519747024378de4f91519f833b69d03 10.0.0.75:6381 master - 0 1577706836738 2 connected
7b1d68238098af40d65ece6b9edcf26824ee3479 10.0.0.74:6380 master - 0 1577706833716 4 connected 5461-10921
#集群状态
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380 CLUSTER info
cluster_state:ok  #状态
cluster_slots_assigned:16384
cluster_slots_ok:16384
cluster_slots_pfail:0
cluster_slots_fail:0
cluster_known_nodes:6
cluster_size:3
cluster_current_epoch:5
cluster_my_epoch:0
cluster_stats_messages_sent:1492
cluster_stats_messages_received:1492

6.手动部署复制关系

#部署复制
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6381 CLUSTER REPLICATE 7b1d68238098af40d65ece6b9edcf26824ee3479
5d74e1c0ad78f
OK
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.74 -p 6381 CLUSTER REPLICATE 5fb94793876292ec0f5640d9ce8977f0c7be3ccf
OK
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.75 -p 6381 CLUSTER REPLICATE ef7fa8b38d97100b2b0c4e14e095d74e1c0ad78f
OK
#检测结果
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6380
10.0.0.73:6380> CLUSTER NODES
d77dd1c1dd81fb2bbd86e463d31602cb761aad94 10.0.0.73:6381 slave 7b1d68238098af40d65ece6b9edcf26824ee3479 0 1577707421122 4 connected
5fb94793876292ec0f5640d9ce8977f0c7be3ccf 10.0.0.75:6380 master - 0 1577707423141 3 connected 10922-16383
6c80a6cc9b852785a11f762bcf25d08c56c4d871 10.0.0.74:6381 slave 5fb94793876292ec0f5640d9ce8977f0c7be3ccf 0 1577707417092 5 connected
ef7fa8b38d97100b2b0c4e14e095d74e1c0ad78f 10.0.0.73:6380 myself,master - 0 0 0 connected 0-5460
df84fae88519747024378de4f91519f833b69d03 10.0.0.75:6381 slave ef7fa8b38d97100b2b0c4e14e095d74e1c0ad78f 0 1577707424148 2 connected
7b1d68238098af40d65ece6b9edcf26824ee3479 10.0.0.74:6380 master - 0 1577707422132 4 connected 5461-10921

十.通过工具部署Redis Cluster 并管理

说明：这里基于之前的环境，只需要从新初始化一下redis即可。

1.部署Redis Cluster

1）还原环境-所有节点都执行

[root@redis01 ~]# pkill redis
[root@redis01 ~]# rm -rf /data/redis_6380/*
[root@redis01 ~]# rm -rf /data/redis_6381/*

2）安装依赖-只需要在一个节点安装即可

[root@redis01 ~]# yum makecache fast
[root@redis01 ~]# yum install rubygems -y
[root@redis01 ~]# gem sources --remove https://rubygems.org/
[root@redis01 ~]# gem sources -a http://mirrors.aliyun.com/rubygems/
[root@redis01 ~]# gem update –system
[root@redis01 ~]# gem install redis -v 3.3.5

3）启动集群节点-所有节点都执行

[root@redis01 ~]# redis-server /opt/redis_6380/conf/redis_6380.conf
[root@redis01 ~]# redis-server /opt/redis_6381/conf/redis_6381.conf
[root@redis01 ~]# ps -ef|grep redis

4）使用工具搭建部署redis

[root@redis01 ~]# cd /opt/redis/src/
[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb create --replicas 1 10.0.0.73:6380 10.0.0.74:6380 10.0.0.75:6380 10.0.0.73:6381 10.0.0.74:6381 10.0.0.75:6381

5）检查集群完整性

[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb check 10.0.0.73:6380

6）检查集群负载是否合规

[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb rebalance 10.0.0.73:6380

7）查看集群信息

[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb info 10.0.0.73:6380

2.添加节点

1）新建节点

#这里仅在redis01上新建一个节点并手动建立发现
[root@redis01 ~]# mkdir -p /opt/redis_{6390,6391}/{conf,logs,pid}
[root@redis01 ~]# mkdir -p /data/redis_{6390,6391}
[root@redis01 ~]# cd /opt/
[root@redis01 /opt]#cp redis_6380/conf/redis_6380.conf redis_6390/conf/redis_6390.conf
[root@redis01 /opt]#cp redis_6380/conf/redis_6380.conf redis_6391/conf/redis_6391.conf
[root@redis01 /opt]#sed -i 's#6380#6390#g' redis_6390/conf/redis_6390.conf
[root@redis01 /opt]#sed -i 's#6380#6391#g' redis_6391/conf/redis_6391.conf
[root@redis01 /opt]#redis-server /opt/redis_6390/conf/redis_6390.conf
[root@redis01 /opt]#redis-server /opt/redis_6391/conf/redis_6391.conf
[root@redis01 /opt]#ps -ef|grep redis
[root@redis01 /opt]#redis-cli -c -h 10.0.0.73 -p 6380 cluster meet 10.0.0.51 6390
[root@redis01 /opt]#redis-cli -c -h 10.0.0.73 -p 6380 cluster meet 10.0.0.51 6391
[root@redis01 /opt]#redis-cli -c -h 10.0.0.73 -p 6380 cluster nodes

2）使用工具扩容步骤

[root@redis01 ~]# cd /opt/redis/src/
[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb reshard 10.0.0.73:6380

第一次交互:每个节点保留多少个槽位
How many slots do you want to move (from 1 to 16384)?   4096

第二次交互:接收节点的ID是什么
What is the receiving node ID? 98133016ab15ab8fe6a587e5544dc43e580c9a0a （6390的ID）

第三次交互:哪个节点需要导出
Please enter all the source node IDs.
  Type 'all' to use all the nodes as source nodes for the hash slots.
  Type 'done' once you entered all the source nodes IDs.

两种方式：
①Source node #1: all
②列出所有的源id
Source node #1: redis01的6380的ID
Source node #2: redis02的6380的ID
Source node #3: redis03的6380的ID
Source node #3: done
第四次交互:确认是否执行分配
Do you want to proceed with the proposed reshard plan (yes/no)? yes

3）检查集群完整性

[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb check 10.0.0.73:6380

4）检查集群负载是否合规

[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb rebalance 10.0.0.73:6380

6）调整复制顺序

[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.75 -p 6381 CLUSTER REPLICATE 98133016ab15ab8fe6a587e5544dc43e580c9a0a (6390的ID)
[root@redis01 ~]# redis-cli -h 10.0.0.73 -p 6391 CLUSTER REPLICATE  b469cf2cefbccabd3d1f2b0c19597b7ac2a2e0bb (6380的ID)

7）测试写入脚本

[root@redis01 ~]# cat input.sh 
for i in $(seq 1 10000)
do
    redis-cli -c -h 10.0.0.73 -p 6380 set k_${i} v_${i}
    sleep 0.1
    echo "set k_${i} is ok"
done

8）测试读脚本

[root@redis01 ~]# cat du.sh 
#!/bin/bash 

for i in $(seq 1 10000)
do
    redis-cli -c -h 10.0.0.73 -p 6380 get k_${i}
    sleep 0.1 
done

3.删除节点

1.使用工具收缩节点

[root@redis01 ~]# cd /opt/redis/src/
[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb reshard 10.0.0.73:6380

1.第一次交互: 要迁移多少个
How many slots do you want to move (from 1 to 16384)? 1365

2.第二次交互: 输入第一个需要接收节点的ID
What is the receiving node ID?  redis01的6380的ID

3.第三次交互: 输入需要导出的节点的ID
Please enter all the source node IDs.
  Type 'all' to use all the nodes as source nodes for the hash slots.
  Type 'done' once you entered all the source nodes IDs.
Source node #1: redis01的6390的ID
Source node #2: done

4.第四次交互: 确认
Do you want to proceed with the proposed reshard plan (yes/no)?  yes

2.继续重复的操作,直到6390所有的槽位都分配给了其他主节点

3.确认集群状态是否正常,确认6390槽位是否都迁移走了

[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb info 10.0.0.73:6380

4.忘记以及下线节点

[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb del-node 10.0.0.73:6390 baf9585a780d9f6e731972613a94b6f3e6d3fb5e
[root@redis01 /opt/redis/src]# ./redis-trib.rb del-node 10.0.0.73:6391 e54a79cca258eb76fb74fc12dafab5ebac26ed90

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