Redis Cluster

  公司以一种错误的姿式使用了redis的功能，并且业务框架已经变得很大，虽然你们也都认为不合理，可是暂时看不到重构但愿，可苦逼了后端人员，索性看看redis cluster能不能解决个人顾虑，redis 3出来也一段时间了，网上的文章也不少了，生产上大规模使用的公司很少，并且由于要对cluster的支持，致使不少原有lib库都没法使用了，不过这并不妨碍咱们追索知识的步伐....

Redis很早的时候已经提供了Master-Slave功能，直到3.0版本的时候才提供了cluster功能，仍是alpha版本，cluster并不支持多个键的操做，这样会致使须要在多个节点间移动数据，由于cluster中数据是被自动的分配到多个redis节点的。在cluster中部分节点出现不可用的时候，cluster仍是能够继续提供正常服务的(固然要看你的集群配置)。

下面聊聊关于redis cluster的一些信息，每一个在cluster中的redis节点都会监听两个端口，一个是和客户端通信的TCP端口(6379)，一个是用做cluster内部数据传输的，好比错误检测、cluster配置更新、故障转移等等(16379)。这样cluster的通信问题就解决了，但数据是怎么在cluster中存放的？redis cluster没有采用一致性哈希，而是采用hash slot。一个redis cluster有固定的16384个hash slot，这么多slot被均匀的分配到cluster中的master节点上，而一个key具体的存储在哪一个slot上，则是经过key的CRC16编码对16384取模得出的。上面提到了cluster中的master节点，估计不少人就迷糊了，为了当部分节点失效时，cluster仍能保持可用，Redis 集群采用每一个节点拥有 1（主服务自身）到 N 个副本（N-1 个附加的从服务器）的主从模型。是否是和master/slave很像。可是redis cluster却不是强一致性的，在必定的条件下，cluster可能会丢失一些写入的请求命令，由于cluster内部master和slave之间的数据是异步复制的，好比你给master中写入数据，返回ok，可是这时候该数据并不必定就彻底的同步到slave上了(采用异步主要是提升性能，主要是在性能和一致性间的一个平衡)，若是这时候master宕机了，这部分没有写入slave的数据就丢失了，不过这种可能性仍是很小的。上面这些信息都来自官方解释，只是大概的描述了redis cluster的一些基本信息。

其实我的以为redis以前也有单独的数据分片功能和主从功能，cluster只是把这些功能合并在一块儿，外加一些集群的状态检测。下面看看redis cluster的集群架构图：

客户端链接在cluster中的任何一个节点上均可以获取到其余节点的数据，不过这幅图看着有点乱，通常cluster内部不会这么多节点互为主从的。

下面咱们简单的使用一下，操做系统是一台ubuntu14.04系统(启动6个实例，3 Master/3 Slave)：

1 下载最新版redis

 

wget 'http://download.redis.io/releases/redis-3.0.4.tar.gz'

2  编译安装

 

#安装到/opt/redis-cluster目录 tar zxvf redis-3.0.4.tar.gz cd redis-3.0.4/ make make PREFIX=/opt/redis-cluster install #建立配置目录，拷贝相关文件 mkdir /opt/redis-cluster/{log conf rdb run} cp src/redis-trib.rb /opt/redis-cluster/bin/

3  安装其余依赖包

 

apt-get install ruby1.9.1 gem install redis

4  建立配置文件

    看看6379的具体信息：grep -v -E '(^#|^$)' redis-6379.conf

 

daemonize yes
pidfile /opt/redis-cluster/run/redis-6379.pid
port 6379
tcp-backlog 511
timeout 0
tcp-keepalive 0
loglevel notice
logfile "/opt/redis-cluster/log/redis-6379.log"
databases 16
save 900 1
save 300 10
save 60 10000
stop-writes-on-bgsave-error yes rdbcompression yes rdbchecksum yes dbfilename dump-6379.rdb dir /opt/redis-cluster/rdb slave-serve-stale-data yes slave-read-only yes repl-diskless-sync no repl-diskless-sync-delay 5 repl-disable-tcp-nodelay no slave-priority 100 appendonly yes appendfilename "redis-6379.aof" appendfsync everysec no-appendfsync-on-rewrite no auto-aof-rewrite-percentage 100 auto-aof-rewrite-min-size 64mb aof-load-truncated yes lua-time-limit 5000 cluster-enabled yes cluster-config-file nodes-6379.conf cluster-node-timeout 15000 slowlog-log-slower-than 10000 slowlog-max-len 128 latency-monitor-threshold 0 notify-keyspace-events "" hash-max-ziplist-entries 512 hash-max-ziplist-value 64 list-max-ziplist-entries 512 list-max-ziplist-value 64 set-max-intset-entries 512 zset-max-ziplist-entries 128 zset-max-ziplist-value 64 hll-sparse-max-bytes 3000 activerehashing yes client-output-buffer-limit normal 0 0 0 client-output-buffer-limit slave 256mb 64mb 60 client-output-buffer-limit pubsub 32mb 8mb 60 hz 10 aof-rewrite-incremental-fsync yes

    其实大部分都是原有的配置信息，不须要作大的改动，与端口相关的都须要调整，与集群相关的配置以下：

 

cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-6379.conf cluster-node-timeout 15000

    注意其中的nodes-6379.conf这个文件不须要建立，在初始化集群的时候会自动建立的。

5    在启动redis实例前先修改一些系统级别的配置

 

echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled # 打开/etc/sysctl.conf，追加以下内容 vm.overcommit_memory = 1 #使配置生效 sysctl -p

6    启动全部redis实例

 

cd /opt/redis-cluster/bin ./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-6379.conf ./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-6380.conf ./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-6381.conf ./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-7379.conf ./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-7380.conf ./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-7381.conf

7    redis-trib.rb

        redis-trib.rb是一个官方提供的用来操做cluster的ruby脚本，咱们后面管理cluster会常用到这个脚本

 

Usage: redis-trib <command> <options> <arguments ...>  create host1:port1 ... hostN:portN --replicas <arg> check host:port fix host:port reshard host:port --from <arg> --to <arg> --slots <arg> --yes add-node new_host:new_port existing_host:existing_port --slave --master-id <arg> del-node host:port node_id set-timeout host:port milliseconds call host:port command arg arg .. arg import host:port --from <arg> help (show this help) For check, fix, reshard, del-node, set-timeout you can specify the host and port of any working node in the cluster.

8    初始化启动cluster

 

./redis-trib.rb create --replicas 1 172.16.1.100:6379 172.16.1.100:6380 172.16.1.100:6381 172.16.1.100:7379 172.16.1.100:7380 172.16.1.100:7381

      结果以下：

>>> Creating cluster Connecting to node 172.16.1.100:6379: OK Connecting to node 172.16.1.100:6380: OK Connecting to node 172.16.1.100:6381: OK Connecting to node 172.16.1.100:7379: OK Connecting to node 172.16.1.100:7380: OK Connecting to node 172.16.1.100:7381: OK >>> Performing hash slots allocation on 6 nodes... Using 3 masters: ###注意三个6xxx的都被定义为master的了 172.16.1.100:6379 172.16.1.100:6380 172.16.1.100:6381 Adding replica 172.16.1.100:7379 to 172.16.1.100:6379 ###注意三个7xxx的都被定义为相关的slave了 Adding replica 172.16.1.100:7380 to 172.16.1.100:6380 Adding replica 172.16.1.100:7381 to 172.16.1.100:6381 M: cdb8b1fe29feb9a564fbfed6599aa61dda250eb1 172.16.1.100:6379 slots:0-5460 (5461 slots) master ###6379被分配了0-5460个slots M: a188b59b30056f61c1cf55ff5072d60b6f8ce5d7 172.16.1.100:6380 slots:5461-10922 (5462 slots) master ###6380被分配了5461-10922个slots M: fada90b0520d5aa3305bc89651cc7bb5de9b2a16 172.16.1.100:6381 slots:10923-16383 (5461 slots) master ###6381被分配了10923-16383个slots S: 818fb192631cf8c34bc58f24d2538444abe7d995 172.16.1.100:7379 ###剩余的三个slave replicates cdb8b1fe29feb9a564fbfed6599aa61dda250eb1 S: 1cf6ed9f8a5049513fb631e78207c7f0b1ba6674 172.16.1.100:7380 replicates a188b59b30056f61c1cf55ff5072d60b6f8ce5d7 S: bc09734e243b9b2e9fe2f64c55aaf72073c6918b 172.16.1.100:7381 replicates fada90b0520d5aa3305bc89651cc7bb5de9b2a16 Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes ###是否在nodes配置文件中保存更新配置 >>> Nodes configuration updated >>> Assign a different config epoch to each node >>> Sending CLUSTER MEET messages to join the cluster Waiting for the cluster to join..... >>> Performing Cluster Check (using node 172.16.1.100:6379) M: cdb8b1fe29feb9a564fbfed6599aa61dda250eb1 172.16.1.100:6379 slots:0-5460 (5461 slots) master M: a188b59b30056f61c1cf55ff5072d60b6f8ce5d7 172.16.1.100:6380 slots:5461-10922 (5462 slots) master M: fada90b0520d5aa3305bc89651cc7bb5de9b2a16 172.16.1.100:6381 slots:10923-16383 (5461 slots) master M: 818fb192631cf8c34bc58f24d2538444abe7d995 172.16.1.100:7379 slots: (0 slots) master replicates cdb8b1fe29feb9a564fbfed6599aa61dda250eb1 M: 1cf6ed9f8a5049513fb631e78207c7f0b1ba6674 172.16.1.100:7380 slots: (0 slots) master replicates a188b59b30056f61c1cf55ff5072d60b6f8ce5d7 M: bc09734e243b9b2e9fe2f64c55aaf72073c6918b 172.16.1.100:7381 slots: (0 slots) master replicates fada90b0520d5aa3305bc89651cc7bb5de9b2a16 [OK] All nodes agree about slots configuration. >>> Check for open slots... >>> Check slots coverage... [OK] All 16384 slots covered.

    检查一下cluster的状态：redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

9  接入cluster，并存入一个key/value (name/guo)

 

redis-cli -c -h 127.0.0.1 -p 6379

    注意：redis-cli在接入集群模式时，要使用-c参数  

        能够看到我在6379接入cluster中，并存入可一个name/guodalu键值对，可是cluster却把我保存的值定位到7380去了，而我使用6381接入cluster中后，再次获取name值时，会被自动的定位到7380上。咱们来看看是我是怎么被定位到7380的。

        1 先计算guodalu的CRC16值是0xA36B，转化成10进制是41835

        2 41835对16384取模是9067，9067 slot是落在6380上的，而7380是6380的slave。

    下面咱们把7380中止，能够看到再次检查cluster的时候，并不会报错。

    咱们在6381上接入cluster，获取name

10  恢复7380，中止6380

        能够看到这时候check cluster的时候，会提示一个节点已经故障，咱们这时候再尝试获取key

        能够看到仍是能够获取到的。若是把6380和7380同时中止呢？

        若是cluster中的master和slave所有故障的话，则这部分数据仍是不可用的。

11    在cluster中新增一个redis master节点

        启动redis 8379实例

 

./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-8379.conf

        而后把该实例加入cluster中：第一个参数是新加入的redis节点，第二个参数是cluster中的任何一个已有的节点

 

./redis-trib.rb add-node 127.0.0.1:8379 127.0.0.1:6379

 

    这时候检查一下cluster状态

 

./redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

 

        能够看到8379已经加入cluster中了，默认是以master加入cluster的，并且副本为1，可是这个新的master却没有被cluster分配slots，因此它里面是没有数据的，当有slave服务器要升级为master服务器时，它不能参与选举。这时候咱们可使用从新划分slots的特性给新加入的8379迁移其余节点上的slots，这个后面操做。

12    给8379添加一个slave节点

 

./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-8380.conf ./redis-trib.rb add-node --slave --master-id 63ec1e7d57b3e19c6e1fa07768673001cfa0d30f 127.0.0.1:8380 127.0.0.1:6379 #或者 ./redis-trib.rb add-node --slave 127.0.0.1:8380 127.0.0.1:6379

        第一个添加slvae的命令是直接指定把该节点做为哪一个master的slave加入cluster，而第二个命令redis-trib 会添加该新节点做为一个具备较少副本的随机的主服务器的副本(在本环境中显然是8379的副本了)。

    再次检查cluster状态

 

./redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

 

        能够看到8379已经有一个slave了，可是它的slots仍是0，由于咱们一直没有给它迁移slots。

13  删除一个redis slave节点

    咱们先删除8380 slave节点，第一个参数是cluster中的任意一个节点，第二个参数要删除的slave的ID

 

./redis-trib.rb del-node 172.16.1.100:6379 12decfd0d975ef0dcd151d0ff232da7a2269a1c2

 

        这时候再次检查cluster的状态

 

./redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

 

        注意，红框中的8379的副本又变为0了。

14  删除一个redis master节点

        删除master节点和删除slave节点操做同样，不过为了移除一个master节点，它必须是空的。若是master不是空的，你须要先将其数据重分片到其余的master节点。另外一种移除master节点的方式，就是在其从服务器上执行一次手工故障转移，当它变为了新的master的slave之后将其移除。

        由于咱们还没操做slots从新分配，就先不删除8379了。

15    cluster从新分片

        通过测试发现cluster的从新分片并非在新的cluster内再次均匀的分配slots，而是须要是手动指定把哪一个节点的多少slots迁移到另外一个节点去.......

 

./redis-trib.rb reshard 127.0.0.1:6379

看看最终结果

 

        在通过我一番瞎迁移后，最终成为这样了。固然你也可使用以下命令进行严格的迁移：

 

./redis-trib.rb reshard <host>:<port> --from <node-id> --to <node-id> --slots --yes

16  删除8379 master节点

        由于8379的slots都被我迁移到其余节点去了，而删除一个master节点须要该节点的数据为空

 

./redis-trib.rb del-node 127.0.0.1:6379 63ec1e7d57b3e19c6e1fa07768673001cfa0d30f

 

以上redis-trib的这些操做，在redis-cli中也是能够进行操做的：

 

CLUSTER INFO 打印集群的信息 CLUSTER NODES 列出集群当前已知的全部节点（node），以及这些节点的相关信息。 CLUSTER RESET reset CLUSTER SAVECONFIG 强制节点保存集群当前状态到磁盘上。 CLUSTER SLOTS 得到slot在节点上的映射关系 CLUSTER MEET <ip> <port> 将 ip 和 port 所指定的节点添加到集群当中，让它成为集群的一份子。 CLUSTER FORGET <node_id> 从集群中移除 node_id 指定的节点。 CLUSTER REPLICATE <node_id> 将当前节点设置为 node_id 指定的节点的从节点。 CLUSTER SLAVES <node_id> 列出该slave节点的master节点 CLUSTER ADDSLOTS <slot> [slot ...] 将一个或多个槽（slot）指派（assign）给当前节点。 CLUSTER DELSLOTS <slot> [slot ...] 移除一个或多个槽对当前节点的指派。 CLUSTER FLUSHSLOTS 移除指派给当前节点的全部槽，让当前节点变成一个没有指派任何槽的节点。 CLUSTER SETSLOT <slot> NODE <node_id> 将槽 slot 指派给 node_id 指定的节点，若是槽已经指派给另外一个节点，那么先让另外一个节点删除该槽>，而后再进行指派。 CLUSTER SETSLOT <slot> MIGRATING <node_id> 将本节点的槽 slot 迁移到 node_id 指定的节点中。 CLUSTER SETSLOT <slot> IMPORTING <node_id> 从 node_id 指定的节点中导入槽 slot 到本节点。 CLUSTER SETSLOT <slot> STABLE 取消对槽 slot 的导入（import）或者迁移（migrate）。 CLUSTER KEYSLOT <key> 计算键 key 应该被放置在哪一个槽上。 CLUSTER COUNTKEYSINSLOT <slot> 返回槽 slot 目前包含的键值对数量。 CLUSTER GETKEYSINSLOT <slot> <count> 返回 count 个 slot 槽中的键 READONLY 在集群中的salve节点开启只读模式 READWRITE 禁止读取请求跳转到集群中的salve节点上