redis cluster集群理解

Redis Cluster集群

一、redis-cluster设计

Redis集群搭建的方式有多种，例如使用zookeeper等，但从redis 3.0之后版本支持redis-cluster集群，Redis-Cluster采用无中心结构，每个节点保存数据和整个集群状态,每个节点都和其他所有节点连接。其redis-cluster架构图如下：

其结构特点：

1、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。
     2、节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效。
     3、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。
     4、redis-cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上（不一定是平均分配）,cluster 负责维护node<->slot<->value。

5、Redis集群预分好16384个桶，当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时，根据 CRC16(key) mod 16384的值，决定将一个key放到哪个桶中。

1、redis cluster节点分配

现在我们是三个主节点分别是：A, B, C 三个节点，它们可以是一台机器上的三个端口，也可以是三台不同的服务器。那么，采用哈希槽 (hash slot)的方式来分配16384个slot 的话，它们三个节点分别承担的slot 区间是：

节点A覆盖0－5460;
      节点B覆盖5461－10922;
      节点C覆盖10923－16383.

获取数据：

如果存入一个值，按照redis cluster哈希槽的算法： CRC16('key')384 = 6782。 那么就会把这个key 的存储分配到 B 上了。同样，当我连接(A,B,C)任何一个节点想获取'key'这个key时，也会这样的算法，然后内部跳转到B节点上获取数据

新增一个主节点：

新增一个节点D，redis cluster的这种做法是从各个节点的前面各拿取一部分slot到D上，我会在接下来的实践中实验。大致就会变成这样：

节点A覆盖1365-5460
    节点B覆盖6827-10922
    节点C覆盖12288-16383
    节点D覆盖0-1364,5461-6826,10923-12287

同样删除一个节点也是类似，移动完成后就可以删除这个节点了。

2、Redis Cluster主从模式

redis cluster 为了保证数据的高可用性，加入了主从模式，一个主节点对应一个或多个从节点，主节点提供数据存取，从节点则是从主节点拉取数据备份，当这个主节点挂掉后，就会有这个从节点选取一个来充当主节点，从而保证集群不会挂掉。

上面那个例子里, 集群有ABC三个主节点, 如果这3个节点都没有加入从节点，如果B挂掉了，我们就无法访问整个集群了。A和C的slot也无法访问。

所以我们在集群建立的时候，一定要为每个主节点都添加了从节点, 比如像这样, 集群包含主节点A、B、C, 以及从节点A1、B1、C1, 那么即使B挂掉系统也可以继续正确工作。

B1节点替代了B节点，所以Redis集群将会选择B1节点作为新的主节点，集群将会继续正确地提供服务。 当B重新开启后，它就会变成B1的从节点。

不过需要注意，如果节点B和B1同时挂了，Redis集群就无法继续正确地提供服务了。

二、redis集群的搭建

集群中至少应该有奇数个节点，所以至少有三个节点，每个节点至少有一个备份节点，所以下面使用6节点（主节点、备份节点由redis-cluster集群确定）。

下面使用redis-3.2.0安装，下载地址

1、安装redis节点指定端口

解压redis压缩包，编译安装

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1. [root@localhost redis-3.2.0]# tar xzf redis-3.2.0.tar.gz
2. [root@localhost redis-3.2.0]# cd redis-3.2.0
3. [root@localhost redis-3.2.0]# make
4. [root@localhost redis01]# make install PREFIX=/usr/andy/redis-cluster

在redis-cluster下 修改bin文件夹为redis01,复制redis.conf配置文件

配置redis的配置文件redis.conf

daemonize yes #后台启动

port 7001 #修改端口号，从7001到7006

cluster-enabled yes #开启cluster，去掉注释

cluster-config-file nodes.conf

cluster-node-timeout 15000

appendonly yes

复制六份，修改对应的端口号

2、安装redis-trib所需的 ruby脚本

复制redis解压文件src下的redis-trib.rb文件到redis-cluster目录

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1. [root@localhost redis-cluster]# cp /usr/andy/redis/redis-3.2.0/src/redis-trib.rb ./

安装ruby环境：

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1. [root@localhost redis-cluster]# yum install ruby
2. [root@localhost redis-cluster]# yum install rubygems

安装redis-trib.rb运行依赖的ruby的包redis-3.2.2.gem，下载

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1. [root@localhost redis-cluster]# gem install redis-3.2.2.gem

3、启动所有的redis节点

可以写一个命令脚本start-all.sh

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1. cd redis01
2. ./redis-server redis.conf
3. cd ..
4. cd redis02
5. ./redis-server redis.conf
6. cd ..
7. cd redis03
8. ./redis-server redis.conf
9. cd ..
10. cd redis04
11. ./redis-server redis.conf
12. cd ..
13. cd redis05
14. ./redis-server redis.conf
15. cd ..
16. cd redis06
17. ./redis-server redis.conf
18. cd ..

设置权限启动

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1. [root@localhost redis-cluster]# chmod 777 start-all.sh
2. [root@localhost redis-cluster]# ./start-all.sh

查看redis进程启动状态

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1. [root@localhost redis-cluster]# ps -ef | grep redis
2. root       4547      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7001 [cluster]
3. root       4551      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7002 [cluster]
4. root       4555      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7003 [cluster]
5. root       4559      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7004 [cluster]
6. root       4563      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7005 [cluster]
7. root       4567      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7006 [cluster]
8. root       4840   4421  0 23:26 pts/1    00:00:00 grep --color=auto redis

可以看到redis的6个节点已经启动成功

杀死全部的几点：

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1. [root@localhost redis-cluster]# pkill -9 redis

4、使用redis-trib.rb创建集群

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1. ./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 127.0.0.1:7006

使用create命令 --replicas 1 参数表示为每个主节点创建一个从节点，其他参数是实例的地址集合。

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1. [root@localhost redis-cluster]# ./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 127.0.0.1:7006
2. >>> Creating cluster
3. >>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
4. Using 3 masters:
5. 127.0.0.1:7001
6. 127.0.0.1:7002
7. 127.0.0.1:7003
8. Adding replica 127.0.0.1:7004 to 127.0.0.1:7001
9. Adding replica 127.0.0.1:7005 to 127.0.0.1:7002
10. Adding replica 127.0.0.1:7006 to 127.0.0.1:7003
11. M: dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a 127.0.0.1:7001
12. slots:0-5460 (5461 slots) master
13. M: e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff 127.0.0.1:7002
14. slots:5461-10922 (5462 slots) master
15. M: 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234 127.0.0.1:7003
16. slots:10923-16383 (5461 slots) master
17. S: ec02c9ef3acee069e8849f143a492db18d4bb06c 127.0.0.1:7004
18. replicates dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a
19. S: 83e5a8bb94fb5aaa892cd2f6216604e03e4a6c75 127.0.0.1:7005
20. replicates e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff
21. S: 10c097c429ca24f8720986c6b66f0688bfb901ee 127.0.0.1:7006
22. replicates 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234
23. Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes
24. >>> Nodes configuration updated
25. >>> Assign a different config epoch to each node
26. >>> Sending CLUSTER MEET messages to join the cluster
27. Waiting for the cluster to join......
28. >>> Performing Cluster Check (using node 127.0.0.1:7001)
29. M: dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a 127.0.0.1:7001
30. slots:0-5460 (5461 slots) master
31. M: e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff 127.0.0.1:7002
32. slots:5461-10922 (5462 slots) master
33. M: 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234 127.0.0.1:7003
34. slots:10923-16383 (5461 slots) master
35. M: ec02c9ef3acee069e8849f143a492db18d4bb06c 127.0.0.1:7004
36. slots: (0 slots) master
37. replicates dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a
38. M: 83e5a8bb94fb5aaa892cd2f6216604e03e4a6c75 127.0.0.1:7005
39. slots: (0 slots) master
40. replicates e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff
41. M: 10c097c429ca24f8720986c6b66f0688bfb901ee 127.0.0.1:7006
42. slots: (0 slots) master
43. replicates 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234
44. [OK] All nodes agree about slots configuration.
45. >>> Check for open slots...
46. >>> Check slots coverage...
47. [OK] All 16384 slots covered.

上面显示创建成功，有3个主节点，3个从节点，每个节点都是成功连接状态。

3个主节点[M]以及分配的哈希卡槽如下：

M: dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a 127.0.0.1:7001
       slots:0-5460 (5461 slots) master
  M: e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff 127.0.0.1:7002
       slots:5461-10922 (5462 slots) master
  M: 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234 127.0.0.1:7003
       slots:10923-16383 (5461 slots) master

3个从节点[S]以及附属的主节点如下：

S: ec02c9ef3acee069e8849f143a492db18d4bb06c 127.0.0.1:7004
             replicates dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a
          S: 83e5a8bb94fb5aaa892cd2f6216604e03e4a6c75 127.0.0.1:7005
             replicates e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff
          S: 10c097c429ca24f8720986c6b66f0688bfb901ee 127.0.0.1:7006
             replicates 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234

以上集群安装成功了，如果安装未成功报如下错误
       >>> Creating cluster
       [ERR] Sorry, can't connect to node  ....

需要安装最新的ruby源码，下载

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1. [root@localhost redis-cluster]# tar -zxvf ruby-2.3.1.tar.gz
2. [root@localhost redis-cluster]# cd
3. [root@localhost redis-cluster]# ./configure --prefix=/usr/local/ruby-2.3.1
4. [root@localhost redis-cluster]# make && make install
5. [root@localhost redis-cluster]#gem install redis

还有一种情况是，在VMware做测试的时间（都在一台服务器时），ip应该使用127.0.0.1，如果使用局域网ip，也会报节点创建失败。

三、redis集群的测试

1、测试存取值

客户端连接集群redis-cli需要带上 -c ，redis-cli -c -p 端口号

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1. [root@localhost redis01]# ./redis-cli -c -p 7001
2. 127.0.0.1:7001> set name andy
3. -> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:7002
4. OK
5. 127.0.0.1:7002> get name
6. "andy"
7. 127.0.0.1:7002>

根据redis-cluster的key值分配，name应该分配到节点7002[5461-10922]上，上面显示redis cluster自动从7001跳转到了7002节点。

我们可以测试一下7006从节点获取name值

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1. [root@localhost redis06]# ./redis-cli -c -p 7006
2. 127.0.0.1:7006> get name
3. -> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:7002
4. "andy"
5. 127.0.0.1:7002>

7006位7003的从节点，从上面也是自动跳转至7002获取值，这也是redis cluster的特点，它是去中心化，每个节点都是对等的，连接哪个节点都可以获取和设置数据。

四、集群节点选举

现在模拟将7002节点挂掉，按照redis-cluster原理会选举会将 7002的从节点7005选举为主节点。

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1. [root@localhost redis-cluster]# ps -ef | grep redis
2. root       7950      1  0 12:50 ?        00:00:28 ./redis-server 127.0.0.1:7001 [cluster]
3. root       7952      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7002 [cluster]
4. root       7956      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7003 [cluster]
5. root       7960      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7004 [cluster]
6. root       7964      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7005 [cluster]
7. root       7966      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7006 [cluster]
8. root      11346  10581  0 14:57 pts/2    00:00:00 grep --color=auto redis
9. [root@localhost redis-cluster]# kill 7952

在查看集群中的7002节点

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1. [root@localhost redis-cluster]#
2. [root@localhost redis-cluster]# ./redis-trib.rb check 127.0.0.1:7002
3. [ERR] Sorry, can't connect to node 127.0.0.1:7002
4. [root@localhost redis-cluster]# ./redis-trib.rb check 127.0.0.1:7005
5. >>> Performing Cluster Check (using node 127.0.0.1:7005)
6. M: a5db243087d8bd423b9285fa8513eddee9bb59a6 127.0.0.1:7005
7. slots:5461-10922 (5462 slots) master
8. 0 additional replica(s)
9. S: 50ce1ea59106b4c2c6bc502593a6a7a7dabf5041 127.0.0.1:7004
10. slots: (0 slots) slave
11. replicates dd19221c404fb2fc4da37229de56bab755c76f2b
12. M: f9886c71e98a53270f7fda961e1c5f730382d48f 127.0.0.1:7003
13. slots:10923-16383 (5461 slots) master
14. 1 additional replica(s)
15. M: dd19221c404fb2fc4da37229de56bab755c76f2b 127.0.0.1:7001
16. slots:0-5460 (5461 slots) master
17. 1 additional replica(s)
18. S: 8bb3ede48319b46d0015440a91ab277da9353c8b 127.0.0.1:7006
19. slots: (0 slots) slave
20. replicates f9886c71e98a53270f7fda961e1c5f730382d48f
21. [OK] All nodes agree about slots configuration.
22. >>> Check for open slots...
23. >>> Check slots coverage...
24. [OK] All 16384 slots covered.
25. [root@localhost redis-cluster]#

可以看到集群连接不了7002节点，而7005有原来的S转换为M节点，代替了原来的7002节点。我们可以获取name值：

[plain] view plain copy  

1. [root@localhost redis01]# ./redis-cli -c -p 7001
2. 127.0.0.1:7001> get name
3. -> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:7005
4. "andy"
5. 127.0.0.1:7005>
6. 127.0.0.1:7005>

从7001节点连入，自动跳转到7005节点，并且获取name值。

现在我们将7002节点恢复，看是否会自动加入集群中以及充当的M还是S节点。

[plain] view plain copy  

1. [root@localhost redis-cluster]# cd redis02
2. [root@localhost redis02]# ./redis-server redis.conf
3. [root@localhost redis02]#

在check一下7002节点

[plain] view plain copy  

1. [root@localhost redis-cluster]# ./redis-trib.rb check 127.0.0.1:7002
2. >>> Performing Cluster Check (using node 127.0.0.1:7002)
3. S: 1f07d76585bfab35f91ec711ac53ab4bc00f2d3a 127.0.0.1:7002
4. slots: (0 slots) slave
5. replicates a5db243087d8bd423b9285fa8513eddee9bb59a6
6. M: f9886c71e98a53270f7fda961e1c5f730382d48f 127.0.0.1:7003
7. slots:10923-16383 (5461 slots) master
8. 1 additional replica(s)
9. M: a5db243087d8bd423b9285fa8513eddee9bb59a6 127.0.0.1:7005
10. slots:5461-10922 (5462 slots) master
11. 1 additional replica(s)
12. S: 50ce1ea59106b4c2c6bc502593a6a7a7dabf5041 127.0.0.1:7004
13. slots: (0 slots) slave
14. replicates dd19221c404fb2fc4da37229de56bab755c76f2b
15. S: 8bb3ede48319b46d0015440a91ab277da9353c8b 127.0.0.1:7006
16. slots: (0 slots) slave
17. replicates f9886c71e98a53270f7fda961e1c5f730382d48f
18. M: dd19221c404fb2fc4da37229de56bab755c76f2b 127.0.0.1:7001
19. slots:0-5460 (5461 slots) master
20. 1 additional replica(s)
21. [OK] All nodes agree about slots configuration.
22. >>> Check for open slots...
23. >>> Check slots coverage...
24. [OK] All 16384 slots covered.
25. [root@localhost redis-cluster]#

可以看到7002节点变成了a5db243087d8bd423b9285fa8513eddee9bb59a6 7005的从节点。