Docker 搭建 Redis Cluster 集群环境

使用 Docker 搭建 Redis Cluster，最重要的环节就是容器通信的问题，这一块我们在之前的文章中已经给大家解决了《Docker 网络模式详解及容器间网络通信》，本篇文章主要练习使用多个容器完成 Redis Cluster 集群环境的搭建，顺便为学习 Docker Compose 铺铺路。俗话说没有对比就没有伤害，通过对比才能感受到 Docker Compose 的好处。

　　关于 Redis Cluster 集群更多的内容请阅读《最通俗易懂的 Redis 架构模式详解》。

　　

环境

　　

　　本文所使用的基础设施环境如下：

• CentOS 7.8.2003
• Docker version 19.03.12

　　

搭建

　　

　　整体搭建步骤主要分为以下几步：

• 创建网络；
• 下载 Redis 镜像（其实这步可以省略，因为创建容器时，如果本地镜像不存在，就会去远程拉取）；
• 编写 Redis 配置文件；
• 创建 Redis 容器；
• 创建 Redis Cluster 集群。

　　

创建网络

　　

　　为什么需要创建网络？因为：默认的 bridge 网络是无法使用 DNS 的，所以我们就需要自定义网络。说简单点就是为了让容器可以直接通过容器名称进行通信。

　　从 Docker 1.10 版本开始，docker daemon 实现了一个内嵌的 DNS server，使容器可以直接通过容器名称进行通信。方法很简单，只要在创建容器时使用 --name 为容器命名即可。

　　但是使用 Docker DNS 有个限制：只能在 user-defined 网络中使用。也就是说，默认的 bridge 网络是无法使用 DNS 的，所以我们就需要自定义网络。

　　

　　通过 docker network create 命令可以创建自定义网络模式，默认为 bridge 网桥/桥接模式，完整命令如下：

docker network create redis-net

　　

　　通过 docker network ls 查看网络模式：

　　

　　我们还可以通过 docker network inspect redis-net 查看 redis-net 网络的详细信息：

　　

编写 Redis 配置文件

　　

创建目录及文件

　　

# 创建目录
mkdir -p /usr/local/docker-redis/redis-cluster
# 切换至指定目录
cd /usr/local/docker-redis/redis-cluster/
# 编写 redis-cluster.tmpl 文件
vi redis-cluster.tmpl

　　

编写配置文件

　　

　　redis-cluster.tmpl 文件内容如下：

port ${PORT}
requirepass 1234
masterauth 1234
protected-mode no
daemonize no
appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.10.10
cluster-announce-port ${PORT}
cluster-announce-bus-port 1${PORT}

• port：节点端口；
• requirepass：添加访问认证；
• masterauth：如果主节点开启了访问认证，从节点访问主节点需要认证；
• protected-mode：保护模式，默认值 yes，即开启。开启保护模式以后，需配置 bind ip 或者设置访问密码；关闭保护模式，外部网络可以直接访问；
• daemonize：是否以守护线程的方式启动（后台启动），默认 no；
• appendonly：是否开启 AOF 持久化模式，默认 no；
• cluster-enabled：是否开启集群模式，默认 no；
• cluster-config-file：集群节点信息文件；
• cluster-node-timeout：集群节点连接超时时间；
• cluster-announce-ip：集群节点 IP，这里需要特别注意一下，如果要对外提供访问功能，需要填写宿主机的 IP，如果填写 Docker 分配的 IP（172.x.x.x），可能会导致外部无法正常访问集群；
• cluster-announce-port：集群节点映射端口；
• cluster-announce-bus-port：集群节点总线端口。

　　每个 Redis 集群节点都需要打开两个 TCP 连接。一个用于为客户端提供服务的正常 Redis TCP 端口，例如 6379。还有一个基于 6379 端口加 10000 的端口，比如 16379。

　　第二个端口用于集群总线，这是一个使用二进制协议的节点到节点通信通道。节点使用集群总线进行故障检测、配置更新、故障转移授权等等。客户端永远不要尝试与集群总线端口通信，与正常的 Redis 命令端口通信即可，但是请确保防火墙中的这两个端口都已经打开，否则 Redis 集群节点将无法通信。

　　

　　在 redis-cluster 目录下执行以下命令：

for port in `seq 6371 6376`; do \
  mkdir -p ${port}/conf \
  && PORT=${port} envsubst < redis-cluster.tmpl > ${port}/conf/redis.conf \
  && mkdir -p ${port}/data;\
done

上面是一段 shell for 语句，意思就是循环创建 6371 ~ 6376 相关的目录及文件。

　　

　　查看命令执行结果，如果没有 tree 命令先安装 yum install -y tree。

　　

　　以下内容为每个节点的配置文件详细信息。

[root@localhost redis-cluster]# cat /usr/local/docker-redis/redis-cluster/637{1..6}/conf/redis.conf
port 6371
requirepass 1234
masterauth 1234
protected-mode no
daemonize no
appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.10.10
cluster-announce-port 6371
cluster-announce-bus-port 16371

port 6372
requirepass 1234
masterauth 1234
protected-mode no
daemonize no
appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.10.10
cluster-announce-port 6372
cluster-announce-bus-port 16372

port 6373
requirepass 1234
masterauth 1234
protected-mode no
daemonize no
appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.10.10
cluster-announce-port 6373
cluster-announce-bus-port 16373

port 6374
requirepass 1234
masterauth 1234
protected-mode no
daemonize no
appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.10.10
cluster-announce-port 6374
cluster-announce-bus-port 16374

port 6375
requirepass 1234
masterauth 1234
protected-mode no
daemonize no
appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.10.10
cluster-announce-port 6375
cluster-announce-bus-port 16375

port 6376
requirepass 1234
masterauth 1234
protected-mode no
daemonize no
appendonly yes
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-announce-ip 192.168.10.10
cluster-announce-port 6376
cluster-announce-bus-port 16376

　　

创建 Redis 容器

　　

创建容器

　　

　　将宿主机的 6371 ~ 6376 之间的端口与 6 个 Redis 容器映射，并将宿主机的目录与容器内的目录进行映射（目录挂载）。记得指定网络模式，使用我们自己创建的 redis-net 网络。

for port in $(seq 6371 6376); do \
  docker run -di -p ${port}:${port} -p 1${port}:1${port} \
  --restart always --name redis-${port} --net redis-net \
  -v /usr/local/docker-redis/redis-cluster/${port}/conf/redis.conf:/usr/local/etc/redis/redis.conf \
  -v /usr/local/docker-redis/redis-cluster/${port}/data:/data \
  redis redis-server /usr/local/etc/redis/redis.conf; \
done

　　

　　docker ps -n 6 查看容器是否创建成功。

　　

　　docker network inspect redis-net | grep -i -E "name|ipv4address" 查看给每个节点分配的IP信息。

　　

创建 Redis Cluster 集群

　　

　　随便进入一个容器节点，并进入 /usr/local/bin/ 目录：

# 进入容器
docker exec -it redis-6371 bash
# 切换至指定目录
cd /usr/local/bin/

　　

　　接下来我们就可以通过以下命令实现 Redis Cluster 集群的创建。

redis-cli -a 1234 --cluster create 172.18.0.2:6371 172.18.0.3:6372 172.18.0.4:6373 172.18.0.5:6374 172.18.0.6:6375 172.18.0.7:6376 --cluster-replicas 1

　　

　　出现选择提示信息，输入 yes，结果如下所示：

　　集群创建成功如下：

　　

　　以下内容是创建集群时返回的详细信息，也就是上两幅图中的所有内容。

root@705a5ec95a2e:/usr/local/bin# redis-cli -a 1234 --cluster create 172.18.0.2:6371 172.18.0.3:6372 172.18.0.4:6373 172.18.0.5:6374 172.18.0.6:6375 172.18.0.7:6376 --cluster-replicas 1
Warning: Using a password with '-a' or '-u' option on the command line interface may not be safe.
>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Master[0] -> Slots 0 - 5460
Master[1] -> Slots 5461 - 10922
Master[2] -> Slots 10923 - 16383
Adding replica 172.18.0.6:6375 to 172.18.0.2:6371
Adding replica 172.18.0.7:6376 to 172.18.0.3:6372
Adding replica 172.18.0.5:6374 to 172.18.0.4:6373
M: 4dbede8f79c98a8cf63556387ce8c2a793d20089 172.18.0.2:6371
   slots:[0-5460] (5461 slots) master
M: c2117d59666f20be5a29485b2e22753991a2dcb9 172.18.0.3:6372
   slots:[5461-10922] (5462 slots) master
M: a5a8fdda426785c54a0e557b753ef571d22581a7 172.18.0.4:6373
   slots:[10923-16383] (5461 slots) master
S: 4aca662dbc0d40498592c11c8dcb94b62c39b15c 172.18.0.5:6374
   replicates a5a8fdda426785c54a0e557b753ef571d22581a7
S: 55fe2da8fe4fb1acdf950a6030a6304713eb613b 172.18.0.6:6375
   replicates 4dbede8f79c98a8cf63556387ce8c2a793d20089
S: be84c1e8600986d5ebfbd2e18611dc4d1ace41a7 172.18.0.7:6376
   replicates c2117d59666f20be5a29485b2e22753991a2dcb9
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes
>>> 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 172.18.0.2:6371)
M: 4dbede8f79c98a8cf63556387ce8c2a793d20089 172.18.0.2:6371
   slots:[0-5460] (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: be84c1e8600986d5ebfbd2e18611dc4d1ace41a7 192.168.10.10:6376
   slots: (0 slots) slave
   replicates c2117d59666f20be5a29485b2e22753991a2dcb9
M: c2117d59666f20be5a29485b2e22753991a2dcb9 192.168.10.10:6372
   slots:[5461-10922] (5462 slots) master
   1 additional replica(s)
M: a5a8fdda426785c54a0e557b753ef571d22581a7 192.168.10.10:6373
   slots:[10923-16383] (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: 4aca662dbc0d40498592c11c8dcb94b62c39b15c 192.168.10.10:6374
   slots: (0 slots) slave
   replicates a5a8fdda426785c54a0e557b753ef571d22581a7
S: 55fe2da8fe4fb1acdf950a6030a6304713eb613b 192.168.10.10:6375
   slots: (0 slots) slave
   replicates 4dbede8f79c98a8cf63556387ce8c2a793d20089
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.

　　

　　至此一个高可用的 Redis Cluster 集群搭建完成，如下图所示，该集群中包含 6 个 Redis 节点，3 主 3 从。三个主节点会分配槽，处理客户端的命令请求，而从节点可用在主节点故障后，顶替主节点。

　　

查看集群状态

　　

　　我们先进入容器，然后通过一些集群常用的命令查看一下集群的状态。

# 进入容器
docker exec -it redis-6371 bash
# 切换至指定目录
cd /usr/local/bin/

　　

检查集群状态

　　

　　因为我们使用了自定义的网络进行容器管理，这样可以使容器直接通过容器名称通信。推荐使用这种方式。

# 使用 IP
redis-cli -a 1234 --cluster check 192.168.10.10:6371
# 使用容器名称
redis-cli -a 1234 --cluster check redis-6372:6372

　　

查看集群信息和节点信息

　　

# 连接至集群某个节点
redis-cli -c -a 1234 -h redis-6373 -p 6373
# 查看集群信息
cluster info
# 查看集群结点信息
cluster nodes

　　

SET/GET

　　

　　在 6371 节点中执行写入和读取，命令如下：

# 进入容器并连接至集群某个节点
docker exec -it redis-6371 /usr/local/bin/redis-cli -c -a 1234 -h redis-6371 -p 6371
# 写入数据
set name mrhelloworld
set aaa 111
set bbb 222
# 读取数据
get name
get aaa
get bbb

　　别着急，让我来解释一下上图中的操作过程：

• 首先进入容器并连接至集群某个节点；
• 然后执行第一个 set 命令 set name mrhelloworld，name 键根据哈希函数运算以后得到的值为 [5798]。当前集群环境的槽分配情况为：[0-5460] 6371节点，[5461-10922] 6372节点，[10923-16383] 6373节点，所以该键的存储就被分配到了 6372 节点上；
• 再来看第二个 set 命令 set aaa，这里大家可能会有一些疑问，为什么看不到 aaa 键根据哈希函数运算以后得到的值？因为刚才重定向至 6372 节点插入了数据，此时如果还有数据插入，正好键根据哈希函数运算以后得到的值也还在该节点的范围内，那么直接插入数据即可；
• 接着是第三个 set 命令 set bbb，bbb 键根据哈希函数运算以后得到的值为 [5287]，所以该键的存储就被分配到了 6371 节点上；
• 然后是读取操作，第四个命令 get name，name 键根据哈希函数运算以后得到的值为 [5798]，被重定向至 6372 节点读取；
• 第五个命令 get aaa，aaa 键根据哈希函数运算以后得到的值也在 6372 节点，直接读取；
• 第六个命令 get bbb，bbb 键根据哈希函数运算以后得到的值为 [5287]，被重定向至 6371 节点读取。

　　

　　通过以上操作我们得知 name 键的存储被分配到了 6372 节点，如果直接连接 6372 节点并获取该值会怎么样？没错，不需要重定向节点，因为数据就在该节点，所以直接读取返回。

　　总结下来就是，在 Redis Cluster 集群模式中，无论连接哪个节点，每次我们执行写入或者读取操作的时候，所有的键会根据哈希函数运算并映射到 0 ~ 16383 整数槽内，如果恰好对应的槽就在你当前连接的节点中，则直接执行命令，否则重定向至对应节点执行命令。

　　

客户端连接

　　

　　最后来一波客户端连接操作，随便哪个节点，看看可否通过外部访问 Redis Cluster 集群。

　　至此使用多个容器搭建 Redis Cluster 集群环境就到这里，其实整体搭建过程不算特别麻烦，因为：

• 创建 Redis 集群需要用到 Ruby，否则就得自己关联节点构建集群，自己分配槽；
• 如果使用 Ruby 构建 Redis 集群，就需要安装 Ruby 环境；
• 而 Redis 从 5 版本开始可以直接使用 redis-cli 命令创建集群了，就省去了很多麻烦事；
• 我们还使用了 shell for 循环语句简化了构建过程，否则那些语句一条条执行也够你闹心的。

　　综上所述，有没有更简单的办法呢？当然有了，不然我在这跟你卖什么关子。

　　Docker Compose 就可以解决这个问题。后面我们先学习一下什么是 Docker Compose，然后使用 Docker Compose 再来搭建一遍 Redis Cluster 集群环境，感受感受这前后的区别。

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