【redis缓存高可用集群】

文章目录

  • Redis集群方案比较
  • Redis高可用集群搭建
  • Redis集群原理分析
  • Redis集群节点间的通信机制
  • 哨兵leader选举流程

Redis集群方案比较

在redis3.0以前的版本要实现集群一般是借助哨兵sentinel工具来监控master节点的状态,如果master节点异
常,则会做主从切换,将某一台slave作为master,哨兵的配置略微复杂,并且性能和高可用性等各方面表现
一般,特别是在主从切换的瞬间存在访问瞬断的情况,而且哨兵模式只有一个主节点对外提供服务,没法支持
很高的并发,且单个主节点内存也不宜设置得过大,否则会导致持久化文件过大,影响数据恢复或主从同步的
效率

redis集群是一个由多个主从节点群组成的分布式服务器群,它具有复制、高可用和分片特性。Redis集群不需
要sentinel哨兵∙也能完成节点移除和故障转移的功能。需要将每个节点设置成集群模式,这种集群模式没有中
心节点,可水平扩展,据官方文档称可以线性扩展到上万个节点(官方推荐不超过1000个节点)。redis集群的
性能和高可用性均优于之前版本的哨兵模式,且集群配置非常简单

Redis高可用集群搭建

redis集群需要至少三个master节点,我们这里搭建三个master节点,并且给每个master再搭建一个slave节
点,总共6个redis节点,这里用三台机器部署6个redis实例,每台机器一主一从,搭建集群的步骤如下:
1 第一步:在第一台机器的/usr/local下创建文件夹redis‐cluster,然后在其下面分别创建2个文件夾如下
2

1)mkdir ‐p /usr/local/redis‐cluster
3
(2)mkdir 8001 8004
4
5 第一步:把之前的redis.conf配置文件copy到8001下,修改如下内容:
6

1)daemonize yes
7
(2)port 8001(分别对每个机器的端口号进行设置)
8
(3)pidfile /var/run/redis_8001.pid # 把pid进程号写入pidfile配置的文件
9

4)dir /usr/local/redis‐cluster/8001/(指定数据文件存放位置,必须要指定不同的目录位置,不然会
丢失数据)
10
(5)cluster‐enabled yes(启动集群模式)
11

6)cluster‐config‐file nodes‐8001.conf(集群节点信息文件,这里800x最好和port对应上)
12

7)cluster‐node‐timeout 10000
13 (8)# bind 127.0.0.1(bind绑定的是自己机器网卡的ip,如果有多块网卡可以配多个ip,代表允许客户端通
过机器的哪些网卡ip去访问,内网一般可以不配置bind,注释掉即可)
14 (9)protected‐mode no (关闭保护模式)
15 (10)appendonly yes
16 如果要设置密码需要增加如下配置:
17 (11)requirepass zhuge (设置redis访问密码)
18 (12)masterauth zhuge (设置集群节点间访问密码,跟上面一致)
19
20 第三步:把修改后的配置文件,copy到8004,修改第2、3、4、6项里的端口号,可以用批量替换:
21 :%s/源字符串/目的字符串/g
22
23 第四步:另外两台机器也需要做上面几步操作,第二台机器用8002和8005,第三台机器用8003和8006
24
25 第五步:分别启动6个redis实例,然后检查是否启动成功
26

1)/usr/local/redis‐5.0.3/src/redis‐server /usr/local/redis‐cluster/800*/redis.conf
27
(2)ps ‐ef | grep redis 查看是否启动成功
28
29 第六步:用redis‐cli创建整个redis集群(redis5以前的版本集群是依靠ruby脚本redis‐trib.rb实现)
30 # 下面命令里的1代表为每个创建的主服务器节点创建一个从服务器节点
31 # 执行这条命令需要确认三台机器之间的redis实例要能相互访问,可以先简单把所有机器防火墙关掉,如果不
关闭防火墙则需要打开redis服务端口和集群节点gossip通信端口16379(默认是在redis端口号上加1W)
32 # 关闭防火墙
33 # systemctl stop firewalld # 临时关闭防火墙
34 # systemctl disable firewalld # 禁止开机启动
35 # 注意:下面这条创建集群的命令大家不要直接复制,里面的空格编码可能有问题导致创建集群不成功
36

1)/usr/local/redis‐5.0.3/src/redis‐cli ‐a zhuge ‐‐cluster create ‐‐cluster‐replicas 1 1
92.168.0.61:8001 192.168.0.62:8002 192.168.0.63:8003 192.168.0.61:8004 192.168.0.62:8005 192.
168.0.63:8006
37
38 第七步:验证集群

39

1)连接任意一个客户端即可:./redis‐cli ‐c ‐h ‐p (‐a访问服务端密码,‐c表示集群模式,指定ip地址
和端口号)
40 如:/usr/local/redis‐5.0.3/src/redis‐cli ‐a zhuge ‐c ‐h 192.168.0.61 ‐p 800*
41
(2)进行验证: cluster info(查看集群信息)、cluster nodes(查看节点列表)
42
(3)进行数据操作验证
43

4)关闭集群则需要逐个进行关闭,使用命令:
44 /usr/local/redis‐5.0.3/src/redis‐cli ‐a zhuge ‐c ‐h 192.168.0.60 ‐p 800* shutdown

Redis集群原理分析

Redis Cluster 将所有数据划分为 16384 个 slots(槽位),每个节点负责其中一部分槽位。槽位的信息存储于每
个节点中。
当 Redis Cluster 的客户端来连接集群时,它也会得到一份集群的槽位配置信息并将其缓存在客户端本地。这
样当客户端要查找某个 key 时,可以直接定位到目标节点。同时因为槽位的信息可能会存在客户端与服务器不
一致的情况,还需要纠正机制来实现槽位信息的校验调整。
槽位定位算法
Cluster 默认会对 key 值使用 crc16 算法进行 hash 得到一个整数值,然后用这个整数值对 16384 进行取模
来得到具体槽位。
HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384
跳转重定位
当客户端向一个错误的节点发出了指令,该节点会发现指令的 key 所在的槽位并不归自己管理,这时它会向客
户端发送一个特殊的跳转指令携带目标操作的节点地址,告诉客户端去连这个节点去获取数据。客户端收到指
令后除了跳转

Redis集群节点间的通信机制

redis cluster节点间采取gossip协议进行通信
维护集群的元数据(集群节点信息,主从角色,节点数量,各节点共享的数据等)有两种方式:集中
式和gossip
集中式:
优点在于元数据的更新和读取,时效性非常好,一旦元数据出现变更立即就会更新到集中式的存储中,其他节
点读取的时候立即就可以立即感知到;不足在于所有的元数据的更新压力全部集中在一个地方,可能导致元数
据的存储压力。 很多中间件都会借助zookeeper集中式存储元数据。
gossip:
gossip协议包含多种消息,包括ping,pong,meet,fail等等。
meet:某个节点发送meet给新加入的节点,让新节点加入集群中,然后新节点就会开始与其他节点进行通
信;
ping:每个节点都会频繁给其他节点发送ping,其中包含自己的状态还有自己维护的集群元数据,互相通过
ping交换元数据(类似自己感知到的集群节点增加和移除,hash slot信息等);
pong: 对ping和meet消息的返回,包含自己的状态和其他信息,也可以用于信息广播和更新;
fail: 某个节点判断另一个节点fail之后,就发送fail给其他节点,通知其他节点,指定的节点宕机了。
gossip协议的优点在于元数据的更新比较分散,不是集中在一个地方,更新请求会陆陆续续,打到所有节点上
去更新,有一定的延时,降低了压力;缺点在于元数据更新有延时可能导致集群的一些操作会有一些滞后。
gossip通信的10000端口
每个节点都有一个专门用于节点间gossip通信的端口,就是自己提供服务的端口号+10000,比如7001,那么
用于节点间通信的就是17001端口。 每个节点每隔一段时间都会往另外几个节点发送ping消息,同时其他几
点接收到ping消息之后返回pong消息。
网络抖动
真实世界的机房网络往往并不是风平浪静的,它们经常会发生各种各样的小问题。比如网络抖动就是非常常见
的一种现象,突然之间部分连接变得不可访问,然后很快又恢复正常。
为解决这种问题,Redis Cluster 提供了一种选项cluster­node­timeout,表示当某个节点持续 timeout
的时间失联时,才可以认定该节点出现故障,需要进行主从切换。如果没有这个选项,网络抖动会导致主从频
繁切换 (数据的重新复制)。
Redis集群选举原理分析
当slave发现自己的master变为FAIL状态时,便尝试进行Failover,以期成为新的master。由于挂掉的master
可能会有多个slave,从而存在多个slave竞争成为master节点的过程, 其过程如下:
1.slave发现自己的master变为FAIL
2.将自己记录的集群currentEpoch加1,并广播FAILOVER_AUTH_REQUEST 信息

3.其他节点收到该信息,只有master响应,判断请求者的合法性,并发送FAILOVER_AUTH_ACK,对每一个
epoch只发送一次ack
4.尝试failover的slave收集master返回的FAILOVER_AUTH_ACK
5.slave收到超过半数master的ack后变成新Master(这里解释了集群为什么至少需要三个主节点,如果只有两
个,当其中一个挂了,只剩一个主节点是不能选举成功的)
6.slave广播Pong消息通知其他集群节点。
从节点并不是在主节点一进入 FAIL 状态就马上尝试发起选举,而是有一定延迟,一定的延迟确保我们等待
FAIL状态在集群中传播,slave如果立即尝试选举,其它masters或许尚未意识到FAIL状态,可能会拒绝投票
•延迟计算公式:
DELAY = 500ms + random(0 ~ 500ms) + SLAVE_RANK * 1000ms
•SLAVE_RANK表示此slave已经从master复制数据的总量的rank。Rank越小代表已复制的数据越新。这种方
式下,持有最新数据的slave将会首先发起选举(理论上)。
集群脑裂数据丢失问题
redis集群没有过半机制会有脑裂问题,网络分区导致脑裂后多个主节点对外提供写服务,一旦网络分区恢复,
会将其中一个主节点变为从节点,这时会有大量数据丢失。
规避方法可以在redis配置里加上参数(这种方法不可能百分百避免数据丢失,参考集群leader选举机制):
1 min‐replicas‐to‐write 1 //写数据成功最少同步的slave数量,这个数量可以模仿大于半数机制配置,比如
集群总共三个节点可以配置1,加上leader就是2,超过了半数
注意:这个配置在一定程度上会影响集群的可用性,比如slave要是少于1个,这个集群就算leader正常也不能
提供服务了,需要具体场景权衡选择。
集群是否完整才能对外提供服务
当redis.conf的配置cluster-require-full-coverage为no时,表示当负责一个插槽的主库下线且没有相应的从
库进行故障恢复时,集群仍然可用,如果为yes则集群不可用。
Redis集群为什么至少需要三个master节点,并且推荐节点数为奇数?
因为新master的选举需要大于半数的集群master节点同意才能选举成功,如果只有两个master节点,当其中
一个挂了,是达不到选举新master的条件的。
奇数个master节点可以在满足选举该条件的基础上节省一个节点,比如三个master节点和四个master节点的
集群相比,大家如果都挂了一个master节点都能选举新master节点,如果都挂了两个master节点都没法选举
新master节点了,所以奇数的master节点更多的是从节省机器资源角度出发说的。
Redis集群对批量操作命令的支持
对于类似mset,mget这样的多个key的原生批量操作命令,redis集群只支持所有key落在同一slot的情况,如
果有多个key一定要用mset命令在redis集群上操作,则可以在key的前面加上{XX},这样参数数据分片hash计
算的只会是大括号里的值,这样能确保不同的key能落到同一slot里去,示例如下:
1 mset {user1}:1:name zhuge {user1}:1:age 18
假设name和age计算的hash slot值不一样,但是这条命令在集群下执行,redis只会用大括号里的 user1 做
hash slot计算,所以算出来的slot值肯定相同,最后都能落在同一slot。

哨兵leader选举流程

当一个master服务器被某sentinel视为下线状态后,该sentinel会与其他sentinel协商选出sentinel的leader进
行故障转移工作。每个发现master服务器进入下线的sentinel都可以要求其他sentinel选自己为sentinel的
leader,选举是先到先得。同时每个sentinel每次选举都会自增配置纪元(选举周期),每个纪元中只会选择一
个sentinel的leader。如果所有超过一半的sentinel选举某sentinel作为leader。之后该sentinel进行故障转移
操作,从存活的slave中选举出新的master,这个选举过程跟集群的master选举很类似。
哨兵集群只有一个哨兵节点,redis的主从也能正常运行以及选举master,如果master挂了,那唯一的那个哨
兵节点就是哨兵leader了,可以正常选举新master。
不过为了高可用一般都推荐至少部署三个哨兵节点。为什么推荐奇数个哨兵节点原理跟集群奇数个master节点
类似。

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