Redis搭建集群

功能概述

Redis Cluster是Redis的自带的官方分布式解决方案，提供数据分片、高可用功能，在3.0版本正式推出。

使用Redis Cluster能解决负载均衡的问题，内部采用哈希分片规则：

基础架构图如下所示：

图中最大的虚线部分为一个Cluster集群，由6个Redis实例组成。

集群分片

整个Cluster集群中有16384个槽位，必须要将这些槽位分别规划在3台Master中。

如果有任意1个槽位没有被分配，则集群创建不成功。

当集群中任意一个Master尝试进行写入操作后，会通过Hash算法计算出该条数据应该落在哪一个Master节点上。

如下图所示：

情况1：如果你未指定任何参数就进行写入，如在Master1上写入数据，经过内部计算发现该数据应该在Master2上写入时，会提示你应该进入Master2写入该条数据，执行并不会成功

情况2：如果你指定了一个特定参数进行写入，如在Master1上写入数据，经过内部计算发现该数据应该在Master2上写入时，会自动将写入环境重定向至Master2，执行成功

同理，读取数据也是这样，这个过程叫做MOVED重定向，如果你是情况1进行操作则必须手动进行重定向，情况2则会自动进行重定向。

集群通信

集群中各个节点的信息是互通的，这种现象由Gossip（流言）协议产生。

Gossip协议规定每个集群节点之间互相交换信息，使其能够彼此知道对方的状态。

在通信建立时，集群中的每一个节点都会单独的开辟一个TCP通道，用于与其他节点进行通信，这个通信端口会在基础端口上+10000。

通信建立成功后，每个节点在固定周期内通过特定规则选择节点来发送ping消息（心跳机制）。

当收到ping消息的节点则会使用pong消息作为回应，也就是说，当有一个新节点加入后，一瞬间集群中所有的其他节点也能够获取到该信息。

Gossip协议的主要职责就是进行集群中节点的信息交换，常见的Gossip协议消息有以下几点区分：

meet：用于通知新节点加入，消息发送者通知接受者加入到当前集群
ping：集群内每个节点与其他节点进行心跳检测的命令，用于检测其他节点是否在线，除此之外还能交换其他额外信息
pong：用于回复meet以及ping信息，表示已收到，能够正常通行。此外还能进行群发更新节点状态
fail：当其他节点收到fail消息后立马把对应节点更新为下线状态，此时集群开始进行故障转移

初步搭建

地址规划

3台服务器，每台服务器开启2台实例构建基础主从。

服务器采用centos7.3，Redis版本为6.2.1

地址规划与结构图如下：

在每个节点hosts文件中加入以下内容；

$ vim /etc/hosts192.168.0.120 node1
192.168.0.130 node2
192.168.0.140 node3

集群准备

为所有节点下载Redis：

$ cd ~
$ wget https://download.redis.io/releases/redis-6.2.1.tar.gz

为所有节点配置目录：

$ mkdir -p /usr/local/redis_cluster/redis_63{79,80}/{conf,pid,logs}

所有节点进行解压：

$ tar -zxvf redis-6.2.1.tar.gz -C /usr/local/redis_cluster/

所有节点进行编译安装Redis：

$ cd /usr/local/redis_cluster/redis-6.2.1/
$ make && make install

书写集群配置文件，注意！Redis普通服务会有2套配置文件，一套为普通服务配置文件，一套为集群服务配置文件，我们这里是做的集群，所以书写的集群配置文件，共6份：

$ vim /usr/local/redis_cluster/redis_6379/conf/redis.cnf# 快速修改：:%s/6379/6380/g# 守护进行模式启动
daemonize yes# 设置数据库数量，默认数据库为0
databases 16# 绑定地址，需要修改
bind 192.168.0.120# 绑定端口，需要修改
port 6379# pid文件存储位置，文件名需要修改
pidfile /usr/local/redis_cluster/redis_6379/pid/redis_6379.pid# log文件存储位置，文件名需要修改
logfile /usr/local/redis_cluster/redis_6379/logs/redis_6379.log# RDB快照备份文件名，文件名需要修改
dbfilename redis_6379.rdb# 本地数据库存储目录，需要修改
dir /usr/local/redis_cluster/redis_6379# 集群相关配置
# 是否以集群模式启动
cluster-enabled yes# 集群节点回应最长时间，超过该时间被认为下线
cluster-node-timeout 15000# 生成的集群节点配置文件名，文件名需要修改
cluster-config-file nodes_6379.conf# redis密码
masterauth Esb@123
requirepass Esb@123

启动集群

在启动集群时，会按照Redis服务配置文件的配置项判断是否启动集群模式，如图所示：

每个节点上执行以下2条命令进行服务启动：

$ redis-server /usr/local/redis_cluster/redis_6379/conf/redis.cnf
$ redis-server /usr/local/redis_cluster/redis_6380/conf/redis.cnf

集群模式启动，进程后会加上[cluster]的字样：

$ ps -ef | grep redis
root      51311      1  0 11:30 ?        00:00:00 redis-server 192.168.0.120:6379 [cluster]
root      51329      1  0 11:30 ?        00:00:00 redis-server 192.168.0.120:6380 [cluster]
root      51396 115516  0 11:31 pts/1    00:00:00 grep --color=auto redis

同时，查看一下集群节点配置文件，会发现生成了一组集群信息，每个Redis服务都是不同的：

$ cat /usr/local/redis_cluster/redis_6379/nodes_6379.conf
c8a8c7d52e6e7403e799c75302b6411e2027621b :0@0 myself,master - 0 0 0 connected
vars currentEpoch 0 lastVoteEpoch 0$ cat /usr/local/redis_cluster/redis_6380/nodes_6380.conf
baa10306639fcaca833db0d521235bc9593dbeca :0@0 myself,master - 0 0 0 connected
vars currentEpoch 0 lastVoteEpoch 0# 第一段信息是这个Redis服务作为集群节点的一个身份编码
# 别名为集群的node-id

加入集群

现在虽然说每个服务都成功启动了，但是彼此之间并没有任何联系。

所以下一步要做的就是将6个服务加入至一个集群中，如下操作示例：

$ redis-cli -h node1 -p 6379 -a Esb@123node1:6379> cluster meet 192.168.0.130 6379
node1:6379> cluster meet 192.168.0.140 6379
node1:6379> cluster meet 192.168.0.120 6380
node1:6379> cluster meet 192.168.0.130 6380
node1:6379> cluster meet 192.168.0.140 6380

查看当前集群所有的节点：

node1:6379> cluster nodes214dc5a10149091047df1c61fd3415d91d6204ea 192.168.0.130:6379@16379 master - 0 1617291123000 1 connected
baa10306639fcaca833db0d521235bc9593dbeca 192.168.0.120:6380@16380 master - 0 1617291120000 3 connected
7a151f97ee9b020a3c954bbf78cd7ed8a674aa70 192.168.0.140:6379@16379 master - 0 1617291123000 2 connected
bae708f7b8df32edf4571c72bbf87715eb45c169 192.168.0.130:6380@16380 master - 0 1617291124175 4 connected
fd1dde2a641727e52b4e82cfb351fe3c17690a17 192.168.0.140:6380@16380 master - 0 1617291124000 0 connected
c8a8c7d52e6e7403e799c75302b6411e2027621b 192.168.0.120:6379@16379 myself,master - 0 1617291121000 5 connected

查看端口监听，可以发现Gossip监听的1000+端口出现了，此时代表集群各个节点之间已经能互相通信了：

$ netstat -lnpt | grep redis
tcp        0      0 192.168.0.120:6379      0.0.0.0:*               LISTEN      51311/redis-server
tcp        0      0 192.168.0.120:6380      0.0.0.0:*               LISTEN      51329/redis-server
tcp        0      0 192.168.0.120:16379     0.0.0.0:*               LISTEN      51311/redis-server
tcp        0      0 192.168.0.120:16380     0.0.0.0:*               LISTEN      51329/redis-server

主从配置

6个服务之间并没有任何主从关系，所以现在进行主从配置，记录下上面cluster nodes命令输出的node-id信息，只记录主节点：

hostname	节点	node-id
node1	192.168.0.120:6379	c8a8c7d52e6e7403e799c75302b6411e2027621b
node2	192.168.0.130:6379	214dc5a10149091047df1c61fd3415d91d6204ea
node3	192.168.0.140:6379	7a151f97ee9b020a3c954bbf78cd7ed8a674aa70

首先是node1的6380，将它映射到node2的6379：

$ redis-cli -h node1 -p 6380
node1:6380> cluster replicate 214dc5a10149091047df1c61fd3415d91d6204ea

然后是node2的6380，将它映射到node3的6379：

$ redis-cli -h node2 -p 6380  -a Esb@123
node2:6380> cluster replicate 7a151f97ee9b020a3c954bbf78cd7ed8a674aa70

最后是node3的6380，将它映射到node1的6379：

$ redis-cli -h node3 -p 6380  -a Esb@123
node3:6380> cluster replicate c8a8c7d52e6e7403e799c75302b6411e2027621b

查看集群节点信息，内容有精简：

$ redis-cli -h node1 -p 6379  -a Esb@123node1:6379> cluster nodes
192.168.0.130:6379@16379 master 
192.168.0.120:6380@16380 slave 
192.168.0.140:6379@16379 master 
192.168.0.130:6380@16380 slave
192.168.0.140:6380@16380 slave
192.168.0.120:6379@16379 myself,master # myself表示当前登录的是那个服务

分配槽位

接下来我们要开始分配槽位了，为了考虑今后的写入操作能分配均匀，槽位也要进行均匀分配。

仅在Master上进行分配，从库不进行分配，仅做主库的备份和读库使用。

使用python计算每个master节点分多少槽位：

$ python3>>> divmod(16384,3)
(5461, 1)

槽位分配情况如下，槽位号从0开始，到16383结束，共16384个槽位：

节点	槽位数量
node1:6379	0 - 5461
node2:6379	5461 - 10922
node3:6379	10922 - 16383

开始分配：

$ redis-cli -h node1 -p 6379  -a Esb@123 cluster addslots {0..5461}
$ redis-cli -h node2 -p 6379  -a Esb@123cluster addslots {5462..10922}
$ redis-cli -h node3 -p 6379 -a Esb@123 cluster addslots {10923..16383}

检查槽位是否分配正确，这里进行内容截取：

$ redis-cli -h node1 -p 6379  -a Esb@123node1:6379> CLUSTER nodes
192.168.0.130:6379@16379 master - 0 1617292240544 1 connected 5462-10922
192.168.0.140:6379@16379 master - 0 1617292239000 2 connected 10923-16383
192.168.0.120:6379@16379 myself,master - 0 1617292238000 5 connected 0-5461# 看master节点的最后

检查状态

使用以下命令检查集群状态是否ok，如果槽位全部分配完毕应该是ok，不然的话就检查你分配槽位时是否输错了数量：

$ redis-cli -h node1 -p 6379  -a Esb@123node1:6379> CLUSTER info
cluster_state:ok
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:5
cluster_stats_messages_ping_sent:2825
cluster_stats_messages_pong_sent:2793
cluster_stats_messages_meet_sent:5
cluster_stats_messages_sent:5623
cluster_stats_messages_ping_received:2793
cluster_stats_messages_pong_received:2830
cluster_stats_messages_received:5623

MOVED重定向

现在我们在node1的master节点上进行写入：

$ redis-cli -h node1 -p 6379  -a Esb@123node1:6379> set k1 "v1"
(error) MOVED 12706 192.168.0.140:6379

它会提示你去node2的master上进行写入。

这个就是MOVED重定向。

-c参数

如何解决这个问题？其实在登录的时候加上参数-c即可，-c参数无所谓你的Redis是否是集群模式，建议任何登录操作都加上，这样即使是Redis集群也会自动进行MOVED重定向：

$ redis-cli -c -h node1 -p 6379  -a Esb@123node1:6379> set k1 "v1"
-> Redirected to slot [12706] located at 192.168.0.140:6379
OK

一并对主从进行验证，这条数据是写入至了node3的Master中，我们登录node2的Slave中进行查看：

$ redis-cli -h node2 -p 6380  -a Esb@123 -cnode2:6380> keys *
1) "k1"

故障转移

故障模拟

模拟node1的6379下线宕机，此时应该由node3的6380接管它的工作：

$ redis-cli -h node1 -p 6379  -a Esb@123 shutdown

登录集群任意节点查看目前的集群节点信息：

node2:6379> cluster nodes214dc5a10149091047df1c61fd3415d91d6204ea 192.168.0.130:6379@16379 myself,master - 0 1617294532000 1 connected 5462-10922
bae708f7b8df32edf4571c72bbf87715eb45c169 192.168.0.130:6380@16380 slave 7a151f97ee9b020a3c954bbf78cd7ed8a674aa70 0 1617294533000 2 connected# 已下线
c8a8c7d52e6e7403e799c75302b6411e2027621b 192.168.0.120:6379@16379 master,fail - 1617294479247 1617294475173 5 disconnected7a151f97ee9b020a3c954bbf78cd7ed8a674aa70 192.168.0.140:6379@16379 master - 0 1617294536864 2 connected 10923-16383# 自动升级为主库，并且插槽也转移了
fd1dde2a641727e52b4e82cfb351fe3c17690a17 192.168.0.140:6380@16380 master - 0 1617294536000 6 connected 0-5461baa10306639fcaca833db0d521235bc9593dbeca 192.168.0.120:6380@16380 slave 214dc5a10149091047df1c61fd3415d91d6204ea 0 1617294535853 1 connected

恢复工作

重启node1的6379：

$ redis-server /usr/local/redis_cluster/redis_6379/conf/redis.cnf

登录node1的6379，发现他已经自动的进行上线了，并且作为node3中6380的从库：

$ redis-cli -h node1 -p 6379  -a Esb@123node1:6379> cluster nodes
# 自动上线
c8a8c7d52e6e7403e799c75302b6411e2027621b 192.168.0.120:6379@16379 myself,slave fd1dde2a641727e52b4e82cfb351fe3c17690a17 0 1617294746000 6 connected

cluster命令

以下是集群中常用的可执行命令，命令执行格式为：

cluster 下表命令

命令如下，未全，如果想了解更多请执行cluster help操作：

命令	描述
INFO	返回当前集群信息
MEET <ip> <port> [<bus-port>]	添加一个节点至当前集群
MYID	返回当前节点集群ID
NODES	返回当前节点的集群信息
REPLICATE <node-id>	将当前节点作为某一集群节点的从库
FAILOVER [FORCE\|TAKEOVER]	将当前从库升级为主库
RESET [HARD\|SOFT]	重置当前节点信息
ADDSLOTS <slot> [<slot> ...]	为当前集群节点增加一个或多个插槽位，推荐在bash shell中执行，可通过{int..int}指定多个插槽位
DELSLOTS <slot> [<slot> ...]	为当前集群节点删除一个或多个插槽位，推荐在bash shell中执行，可通过{int..int}指定多个插槽位
FLUSHSLOTS	删除当前节点中所有的插槽信息
FORGET <node-id>	从集群中删除某一节点
COUNT-FAILURE-REPORTS <node-id>	返回当前集群节点的故障报告数量
COUNTKEYSINSLOT <slot>	返回某一插槽中的键的数量
GETKEYSINSLOT <slot> <count>	返回当前节点存储在插槽中的key名称。
KEYSLOT <key>	返回该key的哈希槽位
SAVECONFIG	保存当前集群配置，进行落盘操作
SLOTS	返回该插槽的信息