Redis中怎麼安裝一個六節點集群

簡介

redis cluster是親生的群集方案，目前，在高可用和穩定性方面，都有了很大的進步。根據統計和觀察，採用redis cluster架構的公司和社群越來越多，已經成為事實的標準。它的主要特點就是去中心化，無需proxy代理。其中一個主要設計目標就是達到線性可擴展性（linear scalability）。

僅靠redis cluster伺服器本身，並不能完成官方承諾的功能。廣義的redis cluster應該既包含redis伺服器，又包含客戶端實作例如jedis等。它們是一個整體。

分散式儲存無非就是處理分片和副本。 對redis cluster來說，核心概念就是槽（slot），了解了它，基本上就了解了叢集的管理方式。

優缺點

當了解這些特性以後，維運上其實是更簡單了。我們先看下比較明顯的優缺點。

優點

1、不再需要額外的Sentinel集群，為使用者提供了一致的方案，減少了學習成本。 

2、去中心架構，節點對等，叢集可支援上千個節點。 

3、抽象化出了slot概念，針對slot#進行運作操作。 

4、副本功能能夠實現自動故障轉移，大部分情況下無需人工介入。

缺點

1、客戶端要快取部分數據，實作Cluster協議，相對複雜。 

2、資料是透過非同步複製的，無法保證資料的強一致性。

3、資源隔離困難，經常流量不均衡，尤其是多個業務共用叢集的時候。數據不知道在哪裡，針對熱點數據，也無法透過專案優化完成。 

4、從庫是完全的冷備，無法分擔讀取操作，真是太太浪費了。需要做額外工作。 

5、MultiOp和Pipeline支援有限，舊程式碼要是進行架構升級，要小心了。 

6、資料遷移是基於key而不是基於slot的，過程較慢。

基本原理

從槽到key，定位過程明顯就是一個雙層的路由。

key的路由

redis cluster和常用的一致性hash沒什麼關係，它主要採用了雜湊槽的概念。當需要在其中存取一個key時，redis客戶端會先對這個key採用crc16演算法算出一個值，然後對這個值進行mod操作。

crc16(key)mod 16384

所以，每個key都會落在其中的一個hash插槽上。 16384 等同於2^14（16k），redis節點發送心跳包時，需要把所有的槽資訊放在這個心跳包裡，所以要竭盡全力的優化，感興趣的可以看下為什麼預設的槽數量是16384 。

服務端簡單原理

上面談到，redis cluster共定義了 16384 個槽，所有的叢集運算都是圍繞著這個槽資料進行編碼。服務端使用一個簡單的陣列來儲存這些資訊。

對於判斷有無的操作，使用bitmap來儲存是最節省空間的。 redis cluster就是使用一個叫做slot的陣列來保存目前節點是否持有了這個槽。

陣列的長度為 16384/8=2048 Byte，那麼就可以使用 0 或 1 來識別本節點對某個槽是否擁有。

其實，只需要第一份資料ClusterState也能完成操作，保存另一個維度的Slot數組，能夠方便編碼和儲存。一個節點除了會將自己負責處理的插槽記錄在兩個地方（clusterNode結構的slots和numslots），它還會將自己的slots陣列透過訊息傳送給叢集中的其他節點，以此來告訴其他節點自己目前擁有的槽。

當資料庫中的16384 個插槽都有節點在處理時，叢集處於上線狀態（ok）；相反地，如果資料庫中有任何一個插槽沒有處理，那麼叢集處於下線狀態（fail ）。

當客戶端向節點發送相關命令時，接收命令的節點會計算出命令要處理的key屬於哪個槽，並檢查這個槽是否指派給了自己。如果不是自己的，會指引客戶端到正確的節點。

所以，客戶端連接叢集中的任一台機器，都能夠完成操作。

安裝一個6節點集群

準備工作

假如我們要組裝一個3分片的集群，每個分片都有一個副本。那麼總共需要的node實例就有 3*2=6 個。 redis可以透過指定設定檔的方式啟動，我們所做的工作就是修改設定檔。

複製6份預設的設定檔。

for i in {0..5}
do
cp redis.conf  redis-700$i.conf
done

修改其中的配置文件内容，拿redis-7000.conf来说，我们要启用它的cluster模式。

cluster-enabled yes
port 7000
cluster-config-file nodes-7000.conf

nodes-7000.conf会保存一些集群信息到当前节点，所以需要独立。

启动&关闭

同样的，我们使用脚本来启动它。

for i in {0..5}
do
nohup ./redis-server redis-700$i.conf &
done

为了演示，我们暴力把它关闭。

ps -ef| grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill -9

组合集群

我们使用redis-cli进行集群的组合。redis将自动完成这个过程。这一系列的过程，是通过发送指令给每个节点进行组合的。

./redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 --cluster-replicas 1

几个高级原理

节点故障

集群中的每个节点都会定期地向集群中的其他节点发送ping消息，以此来检测对方是否在线，如果接收ping消息的节点没有在规定的时间内返回pong消息，那么发送ping消息的节点就会将接收ping消息的节点标记为疑似下线（PFAIL）。

如果在一个集群里面，半数以上节点都将某个主节点 x 报告为疑似下线，那么这个主节点x将被标记为已下线（FAIL），将x标记为FAIL的节点会向集群广播一条关于 x 的FAIL消息，所有收到这条FAIL消息的节点都会立即将 x 标记为FAIL。

大家可以注意到这个过程，与 es 和 zk 的节点判断类似，都是半数以上才进行判断，所以主节点的数量一般都是奇数。由于没有最小组群配置，理论上会有脑裂（暂时并未遇到过）。

主从切换

当一个节点发现自己的主节点进入fail状态，将会从这个节点的从节点当中，选出一台，执行slaveof no one命令，变身为主节点。

新的节点完成自己的槽指派以后，会向集群广播一条pong消息，以便让其他节点立即知道自己的这些变化。它告诉别人：我已经是主节点了，我已经接管了有问题的节点，成为了它的替身。

redis内部对集群的这些管理，大量使用了已经定义好的这些指令。所以这些指令不仅仅供我们从命令行使用，redis自己内部也用。

数据同步

当一台从机连接到master之后，会发送一个sync指令。master在收到这个指令后，会在后台启动存盘进程。执行完毕后，master将整个数据库文件传输到slave，这样就完成了第一次全量同步。

接下来，master会把自己收到的变更指令，依次传送给slave，从而达到数据的最终同步。从redis 2.8开始，就支持主从复制的断点续传，如果主从复制过程中，网络连接断掉了，那么可以接着上次复制的地方，继续复制下去，而不是从头开始复制一份。

数据丢失

redis cluster中节点之间使用异步复制，并没有类似kafka这种ack的概念。节点之间通过gossip协议交换状态信息，用投票机制完成Slave到Master的角色提升，完成这个过程注定了需要时间。在发生故障的过程中就容易存在窗口，导致丢失写入的数据。比如以下两种情况。

一、命令已经到到master，此时数据并没有同步到slave，master会对客户端回复ok。如果这个时候主节点宕机，那么这条数据将会丢失。redis这样做会避免很多问题，但对一个对数据可靠性要求较高的系统，是不可忍受的。

二、由于路由表是在客户端存放的，存在一个时效问题。如果分区导致一个节点不可达，提升了某个从节点，但原来的主节点在这个时候又可以用了（并未完成failover）。如果客户端的路由表没有及时更新，那么写入错误的节点可能导致数据丢失。

所以redis cluster在通常情况下运行的很好，在极端情况下某些值丢失问题，目前无解。

复杂的运维

redis cluster的运维非常的繁杂，虽然已经进行了抽象，但这个过程依然不简单。有些指令，必须在详细了解它的实现原理之后，才能真正放心的去用。

扩容会用到的一些命令。在实际使用的过程中，可能需要多次频繁地输入这些命令，且输入的过程中还要监视它的状态，所以基本上是不可能人工跑这些命令的。

运维的入口有两个。一个是使用redis-cli连接任意一台，然后发送cluster打头的命令，这部分命令大多数是对槽进行操作。 在开始组合集群时，就是反复调用这些命令进行的具体逻辑执行。

另外一个入口是使用redis-cli命令，加上--cluster参数和指令。这种形式主要是用来管控集群节点信息 ，比如增删节点等。所以推荐使用这种方式。

redis cluster提供了非常复杂的命令，难于操作和记忆。推荐使用类似CacheCloud的工具进行管理。

下面是几个例子。

通过向节点 A 发送 CLUSTER MEET 命令，客户端可以让接收命令的节点 A 将另一个节点 B 添加到节点 A 当前所在的集群里面：

CLUSTER MEET  127.0.0.1 7006

通过cluster addslots命令，可以将一个或者多个槽指派给某个节点负责。

127.0.0.1:7000> CLUSTER ADDSLOTS 0 1 2 3 4 . . . 5000

设置从节点。

CLUSTER REPLICATE 

redis-cli —cluster

redis-trib.rb是官方提供的Redis Cluster的管理工具，但最新版本已经推荐使用redis-cli进行操作。

向集群中添加新节点

redis-cli --cluster add-node 127.0.0.1:7006 127.0.0.1:7007 --cluster-replicas 1

从集群中删除节点

redis-cli --cluster del-node 127.0.0.1:7006 54abb85ea9874af495057b6f95e0af5776b35a52

迁移槽到新的节点

redis-cli --cluster reshard 127.0.0.1:7006 --cluster-from 54abb85ea9874af495057b6f95e0af5776b35a52 --cluster-to 895e1d1f589dfdac34f8bdf149360fe9ca8a24eb  --cluster-slots 108

类似的命令还有很多。

create：创建集群 check：检查集群 info：查看集群信息 fix：修复集群 reshard：在线迁移slot rebalance：平衡集群节点slot数量 add-node：添加新节点 del-node：删除节点 set-timeout：设置节点的超时时间 call：在集群所有节点上执行命令 import：将外部redis数据导入集群

其他方案概览

主从模式

redis最早支持的，就是M-S模式，也就是一主多从。redis单机qps可达到 10w+，但是在某些高访问量场景下，依然不太够用。一般通过读写分离来增加slave，减少主机的压力。

既然是主从架构，就面临着同步问题，redis主从模式的同步分为全同步和部分同步。当刚创建一个从机的时候，不可避免的要进行一次全量同步。等全量同步结束之后，进入增量同步阶段。这个和redis cluster是没什么区别的。

这种模式还是比较稳定的，但要额外做一些工作。用户需要自行开发主从切换的功能，也就是使用哨兵去探测每个实例的健康状况，然后通过指令进行集群状态的改变。

当集群规模增大，主从模式会很快遇到瓶颈。所以一般会采用客户端hash的方法进行扩展，包括类似于memcached的一致性哈希。

客户端hash的路由可能会很复杂，通常会通过发布jar包或者配置的方式维护这些meta信息，这也给线上环境增加了很多不确定性。

不过，通过加入类似ZK主动通知的功能，将配置维护在云端，可以显著降低风险。笔者曾经维护过的几千个redis节点，就是用这种方式进行管理的。

代理模式

代码模式在redis cluster出现之前，非常流行，比如codis。代理层通过把自己模拟成一个redis，接收来自客户端的请求，然后按照自定义的路由逻辑进行数据分片以及迁移，而业务方不需要改动任何代码。除了能够平滑的进行扩容，一些主从切换、FailOver的功能也在代理层完成，客户端甚至可以没有任何感知。这类程序又称为分布式中间件。

一个典型的实现如下图，背后的redis集群甚至可以是混合的。

但这种方式的缺点也是显而易见的。首先，它引入了一个新的代理层，在结构上、运维上都显复杂。需要进行大量的编码，比如failover、读写分离、数据迁移等。另外，proxy层的加入，对性能也有相应的损耗。

多个proxy一般使用lvs等前置进行负载均衡的设计，如果proxy层的机器很少而后端redis的流量很高，那么网卡会成为主要的瓶颈。

Nginx也可以作为redis的代理层，比较专业的说法叫做Smart Proxy。这种方式较为偏门，如果你对nginx比较熟悉，不失为一种优雅的做法。

使用限制和坑

redis的速度特别的快。一般越快的东西，出问题的时候造成的后果越大。

不久之前，寫過一篇針對於redis的規範：《Redis規範，這可能是最中肯的了》。規範和架構一樣，適合自己公司環境的，才是最好的，但會提供一些起碼的想法。

嚴格禁止的東西，通常都是前人踩坑的地方。除了這篇規範的內容，對於redis-cluster，補充以下幾點。

1、redis cluster號稱能夠支援1k個節點，但你最好不要這麼做。當節點數量增加到10，就能夠感受到叢集的一些抖動。這麼大的集群證明你的業務已經很牛x了，考慮一下客戶端分片吧。

2、一定要避免產生熱點，如果流量全部打到了某個節點，後果一般很嚴重。

3、大key不要放redis，它會產生大量的慢查詢，影響正常的查詢。

4、如果你不是作為存儲，快取一定要設定過期時間。佔著茅坑不拉屎的感覺是非常討厭的。

5、大流量，不要開aof，開rdb即可。

6、redis cluster的操作，少用pipeline，少用multi-key，它們會產生大量不可預料的結果。

以上是Redis中怎麼安裝一個六節點集群的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！