基于centos7的Redis群集原理及配置-創(chuàng)新互聯(lián)

博文大綱：
一、Redis群集原理
二、Redis群集架構(gòu)細節(jié)
三、redis-cluster選舉
四、部署Redis群集環(huán)境
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關(guān)于Redis的性能調(diào)優(yōu)參數(shù)的說明，可以參考博文：centos 7之Redis數(shù)據(jù)庫詳解及參數(shù)調(diào)優(yōu)
一、Redis群集原理：

1）Redis集群架構(gòu)：
Redis Cluster采用虛擬槽分區(qū)，將所有的數(shù)據(jù)根據(jù)算法映射到0~16384整數(shù)槽內(nèi)
Redis Cluster是一個無中心的結(jié)構(gòu)
每個節(jié)點都保存數(shù)據(jù)和整個集群的狀態(tài)
2）集群角色
Master：Master之間分配slots
Slave：Slave向它指定的Master同步數(shù)據(jù)
3）集群節(jié)點使用的TCP端口
6379端口用于客戶端的連接
16379端口用于群集總線

Redis3.0版本以上開始支持群集，采用的是hash slot（哈希槽），可以將多個Redis實例整合在一起，形成一個群集，也就是將數(shù)據(jù)分散到群集的多臺服務器上。

Redis cluster（Redis 群集）是一個無中心的結(jié)構(gòu)，如下圖所示，每個節(jié)點都會保存數(shù)據(jù)和整個群集的狀態(tài)。每個節(jié)點都會保存其他節(jié)點的信息，知道其他節(jié)點所負責的槽，并且會與其他節(jié)點定時發(fā)送心跳信息，能夠及時感知群集中異常的節(jié)點。

基于centos 7的Redis群集原理及配置

當客戶端向群集中任一節(jié)點發(fā)送與數(shù)據(jù)庫鍵有關(guān)的命令時，接受命令的節(jié)點會計算出命令要處理的數(shù)據(jù)屬于哪個槽，并檢查這個槽是否指派給了自己，如果鍵所在的槽正好指派給了當前節(jié)點，那么節(jié)點直接執(zhí)這個命令；如果鍵值所在的槽并沒有指派給當前節(jié)點，那么節(jié)點會向客戶端返回一個MOVED錯誤，指引客戶端轉(zhuǎn)向（redirect）正確的節(jié)點，并再次發(fā)送之前想要執(zhí)行的命令。

群集角色有master和slave。master之間分配slots，一共16384個slot。slave向它指定的master同步數(shù)據(jù)，實現(xiàn)備份。當其中一個master無法提供服務時，該master的slave將提升為master，以保證群集間slot的完整性。當其中的某一個master和它的slave都失效，導致了slot不完整，群集失效，這時就需要運維人員去處理了。

群集搭建好后，群集中的每個節(jié)點都會定期地向其他節(jié)點發(fā)送PING消息，如果接收PING消息的節(jié)點沒有在規(guī)定的時間內(nèi)返回PONG消息，那么發(fā)送PING消息的節(jié)點就會將其標記為疑似下線（PFAIL）。各個節(jié)點會通過互相發(fā)送消息的方式來交換群集中各個節(jié)點的狀態(tài)信息。如果已經(jīng)在一個群集里面，半數(shù)以上的主節(jié)點都將某個主節(jié)點x報告為疑似下線，那么這個主節(jié)點x將被標記為已下線（FAIL），同時會向群集廣播一條關(guān)于主節(jié)點x的FAIL消息，所有收到這條FAIL消息的節(jié)點都會立即將主節(jié)點x標記為已下線。

當需要減少或者增加群集中的服務器時，我們需要將已經(jīng)指派給某個節(jié)點（源節(jié)點）的槽改為指派給另一個節(jié)點（目標節(jié)點），并且將相關(guān)槽所包含的鍵值對從源節(jié)點移動到目標節(jié)點。

Redis群集的重新分片操作時由Redis的群集管理軟件redis-trib負責執(zhí)行的，不支持自動分片，而且需要自己計算從哪些節(jié)點遷移多少Slot。在重新分片的過程中，群集無需下線，并且源節(jié)點和目標節(jié)點都可以繼續(xù)處理命令請求。

二、Redis群集架構(gòu)細節(jié)：

1、所有的Redis節(jié)點彼此互聯(lián)（PING-PONG機制）內(nèi)部使用二進制協(xié)議優(yōu)先傳輸速度和帶寬。

2、節(jié)點的失效（fail）在群集中超過半數(shù)的主（master）節(jié)點檢測失效時才會生效。

3、客戶端與redis節(jié)點直連，不需要中間代理（proxy）層，客戶端不需要連接群集所有節(jié)點，連接群集中任何一個可用節(jié)點即可。

4、redis-cluster把所有的物理節(jié)點映射到 [ 0-1638 ] slot 上，cluster負責維護node< - >slot< - > key。

三、redis-cluster選舉：

選舉過程是群集中所有master參與，如果半數(shù)以上master節(jié)點與當前master節(jié)點通信超時（cluster-node-timeout），認為當前master節(jié)點掛掉。以下兩種情況為整個群集不可用（cluster_state：fail），當群集不可用時，所有對群集的操作都不可用，收到（（error）CLUSTERDOWN Thecluster is down）錯誤：

錯誤1：如果群集中任意master掛掉，且當前master沒有slave，則群集進入fail狀態(tài)，也可以理解成群集的slot映射 [ 0-16383 ]不完整時進入fail狀態(tài)。

錯誤2：如果群集中超過半數(shù)的master掛掉，無論是否有slave，群集都進入fail狀態(tài)。

默認情況下，每個群集的節(jié)點都是用兩個TCP端口，一個是6379，一個是16379；6379服務于客戶端的連接，16379用于群集總線，就是使用二進制協(xié)議的節(jié)點到節(jié)點通信通道。節(jié)點使用群集總線進行故障檢測、配置更新、故障轉(zhuǎn)移授權(quán)等。

四、部署Redis群集環(huán)境：

1、環(huán)境準備：

1）六臺服務器，三臺為master、三臺為slave，我這里均為centos 7，IP地址依次為192.168.1.1--6（參與群集的服務器數(shù)量最好為偶數(shù)，每個master會自動對應一個slave，若為奇數(shù)，群集無法實現(xiàn)冗余，因為必定有一個master沒有對應的slave，一旦這個master宕機，整個群集就會丟失一部分數(shù)據(jù)）；
2）準備所需源碼包：下載鏈接，提取碼：4kky，配置本地yum，需要系統(tǒng)映像安裝ruby的運行環(huán)境。
3）自行配置網(wǎng)絡及防火墻，放行TCP的6379和16379這兩個端口的流量，我這里直接關(guān)閉了防火墻。
4）所有redis服務器必須保證無任何數(shù)據(jù)，最好是全新安裝的，因為如果有數(shù)據(jù)存在，在后面進行群集時會報錯，關(guān)于錯誤如何解決，我沒有深究。

2、開始部署：

①192.168.1.1：

[root@localhost ~]# mount /root/redis-5.0.iso /media 
mount: /dev/loop1 寫保護，將以只讀方式掛載
[root@localhost ~]# cd /media
[root@localhost media]# cp * /usr/src/           #將iso中的文件都復制到指定目錄
[root@localhost media]# cd /usr/src
[root@localhost src]# ls               #查看相關(guān)包有沒有復制過來
debug  kernels  redis-3.2.0.gem  redis-5.0.5.tar.gz
[root@localhost src]# tar zxf redis-5.0.5.tar.gz       #解包
[root@localhost src]# cd redis-5.0.5/       #切換至解壓后的目錄
[root@localhost redis-5.0.5]# make && make install      #編譯安裝
[root@localhost redis-5.0.5]# cd utils/        #切換至子目錄
[root@localhost utils]# ./install_server.sh       #生成服務相關(guān)配置文件
#接下來是在指定相關(guān)配置文件的存放位置，直接一路按回車鍵即可。
[root@localhost utils]# cd /etc/init.d/      #優(yōu)化redis控制啟停方式
[root@localhost init.d]# mv redis_6379 redis     
[root@localhost init.d]# chkconfig --add redis          #將redis添加為系統(tǒng)服務
[root@localhost init.d]# systemctl restart redis          #重啟服務，以測試是否生效
[root@localhost init.d]# systemctl restart redis
[root@localhost init.d]# vim /etc/redis/6379.conf    #編輯主配置文件，改動以下幾個配置項
bind 127.0.0.1 192.168.1.1　　　#添加本機IP。
appendonly yes  #改為“yes”，以便在每次更新操作后進行日志記錄，進行數(shù)據(jù)同步寫入
daemonize yes       #查看是否為“yes”
logfile /var/log/redis_6379.log           #指定日志文件位置，可以保持默認
cluster-enabled yes            #啟動群集
cluster-config-file nodes-6379.conf          #群集配置文件
cluster-node-timeout 15000          #群集節(jié)點超時時間，單位為毫秒
cluster-require-full-coverage no          #將默認的“yes”改為“no”
port 6379                  #默認監(jiān)聽的端口號
[root@localhost init.d]# systemctl restart redis        #重啟服務，使配置生效
[root@localhost init.d]# netstat -anpt | grep redis       #只要6379和16379在監(jiān)聽，就OK了。
tcp        0      0 192.168.1.1:6379        0.0.0.0:*       LISTEN      7139/redis-server 1 
tcp        0      0 192.168.1.1:16379       0.0.0.0:*       LISTEN      7139/redis-server 1 
[root@localhost ~]# yum -y install ruby rubygems            #安裝ruby的運行環(huán)境及客戶端
[root@localhost ~]# cd /usr/src/
[root@localhost src]# ls             #切換至包含redis-3.2.0.gem的目錄下
debug  kernels  redis-3.2.0.gem  redis-5.0.5  redis-5.0.5.tar.gz
[root@localhost src]# gem install redis --version 3.2.0      #執(zhí)行g(shù)em命令
Successfully installed redis-3.2.0
Parsing documentation for redis-3.2.0
Installing ri documentation for redis-3.2.0
1 gem installed

②192.168.1.2：

[root@localhost ~]# scp root@192.168.1.1:/usr/src/redis-5.0.5.tar.gz /usr/src
#將主機1.1的redis源碼包復制過來
The authenticity of host  192.168.1.1 (192.168.1.1) can t be established.
ECDSA key fingerprint is SHA256:3U5q5gBxEOkHLFZZueGnEXGV/LZA9M4+1rM1lLvkD1g.
ECDSA key fingerprint is MD5:ad:a1:9b:f7:e3:41:bf:5f:da:cd:5e:3f:74:e0:8a:b9.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes #輸入yes
Warning: Permanently added '192.168.1.1' (ECDSA) to the list of known hosts.
root@192.168.1.1 s password:         #輸入主機1.1的用戶密碼
redis-5.0.5.tar.gz                              100% 1929KB  68.5MB/s   00:00   
[root@localhost ~]# cd /usr/src                 
[root@localhost src]# tar zxf redis-5.0.5.tar.gz         #解包
[root@localhost src]# cd redis-5.0.5/          #進入解壓后的目錄
[root@localhost redis-5.0.5]# make && make install       #編譯安裝
[root@localhost redis-5.0.5]# cd utils/        #切換至子目錄
[root@localhost utils]# ./install_server.sh       #生成服務相關(guān)配置文件
#接下來是在指定相關(guān)配置文件的存放位置，直接一路按回車鍵即可。
[root@localhost utils]# cd /etc/init.d/      #優(yōu)化redis控制啟停方式
[root@localhost init.d]# mv redis_6379 redis     
[root@localhost init.d]# chkconfig --add redis          #將redis添加為系統(tǒng)服務
[root@localhost init.d]# systemctl restart redis          #重啟服務，以測試是否生效
[root@localhost init.d]# scp root@192.168.1.1:/etc/redis/6379.conf /etc/redis/ 
#將主機1.1的redis配置文件復制過來
root@192.168.1.1 s password: 
6379.conf                                       100%   60KB  34.5MB/s   00:00    
[root@localhost init.d]# scp root@192.168.1.1:/etc/redis/6379.conf /etc/redis/    #編輯配置redis配置文件
bind 127.0.0.1 192.168.1.2         #將原有的1.1改為1.2即可
[root@localhost init.d]# systemctl restart redis          #重啟服務，使配置文件生效
[root@localhost init.d]# netstat -natp | grep redis      #查看6379和16379是否在監(jiān)聽
tcp        0      0 192.168.1.2:6379        0.0.0.0:*       LISTEN      7479/redis-server 1 
tcp        0      0 192.168.1.2:16379       0.0.0.0:*     LISTEN      7479/redis-server 1

現(xiàn)在192.168.1.2也配置完成了，現(xiàn)在去192.168.1.3-6重復執(zhí)行一下192.168.1.2這臺主機的配置即可。需要注意的是，更改從1.1復制過來的主配置文件時，將對應的IP地址換成本機的IP地址即可，其他配置命令都一樣。

剩下的所有服務器都配置完成后，回過頭接著配置主機192.168.1.1：

[root@localhost src]# redis-cli --cluster create 192.168.1.1:6379 \
192.168.1.2:6379  \
192.168.1.3:6379  \
192.168.1.4:6379  \
192.168.1.5:6379  \
192.168.1.6:6379  \
--cluster-replicas 1
#創(chuàng)建群集，將所有節(jié)點添加到群集?！癨”表示折行繼續(xù)輸入，可以省略“\”，但要空格
>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Master[0] -> Slots 0 - 5460
Master[1] -> Slots 5461 - 10922
Master[2] -> Slots 10923 - 16383
Adding replica 192.168.1.5:6379 to 192.168.1.1:6379
Adding replica 192.168.1.6:6379 to 192.168.1.2:6379
Adding replica 192.168.1.4:6379 to 192.168.1.3:6379
M: 758dc679fc1d46df195b4c16abcfde1d743b8008 192.168.1.1:6379
   slots:[0-5460] (5461 slots) master
M: 4b1d119d0a8179afcc10bf5891e5c04e6a7054ba 192.168.1.2:6379
   slots:[5461-10922] (5462 slots) master
M: 58d342b59e98c9f9f469332b08c36b6ddd456bf6 192.168.1.3:6379
   slots:[10923-16383] (5461 slots) master
S: bb95619aff3d613137733eeb55ff2d303a8720a1 192.168.1.4:6379
   replicates 58d342b59e98c9f9f469332b08c36b6ddd456bf6
S: 22d77a79272847f29e5db381b98ef6ccc4a169a7 192.168.1.5:6379
   replicates 758dc679fc1d46df195b4c16abcfde1d743b8008
S: ebc138bbea070c6496ae266b1a84936754603ad2 192.168.1.6:6379
   replicates 4b1d119d0a8179afcc10bf5891e5c04e6a7054ba
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes            #輸入“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 192.168.1.1:6379)
M: 758dc679fc1d46df195b4c16abcfde1d743b8008 192.168.1.1:6379
   slots:[0-5460] (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: ebc138bbea070c6496ae266b1a84936754603ad2 192.168.1.6:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 4b1d119d0a8179afcc10bf5891e5c04e6a7054ba
M: 4b1d119d0a8179afcc10bf5891e5c04e6a7054ba 192.168.1.2:6379
   slots:[5461-10922] (5462 slots) master
   1 additional replica(s)
M: 58d342b59e98c9f9f469332b08c36b6ddd456bf6 192.168.1.3:6379
   slots:[10923-16383] (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: bb95619aff3d613137733eeb55ff2d303a8720a1 192.168.1.4:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 58d342b59e98c9f9f469332b08c36b6ddd456bf6
S: 22d77a79272847f29e5db381b98ef6ccc4a169a7 192.168.1.5:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 758dc679fc1d46df195b4c16abcfde1d743b8008
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.
[root@localhost src]# redis-cli --cluster check 192.168.1.1:6379   
#查看群集狀態(tài)
192.168.1.1:6379 (758dc679...) -> 0 keys | 5461 slots | 1 slaves.
192.168.1.2:6379 (4b1d119d...) -> 0 keys | 5462 slots | 1 slaves.
192.168.1.3:6379 (58d342b5...) -> 0 keys | 5461 slots | 1 slaves.
[OK] 0 keys in 3 masters.
0.00 keys per slot on average.
>>> Performing Cluster Check (using node 192.168.1.1:6379)
M: 758dc679fc1d46df195b4c16abcfde1d743b8008 192.168.1.1:6379
   slots:[0-5460] (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: ebc138bbea070c6496ae266b1a84936754603ad2 192.168.1.6:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 4b1d119d0a8179afcc10bf5891e5c04e6a7054ba
M: 4b1d119d0a8179afcc10bf5891e5c04e6a7054ba 192.168.1.2:6379
   slots:[5461-10922] (5462 slots) master
   1 additional replica(s)
M: 58d342b59e98c9f9f469332b08c36b6ddd456bf6 192.168.1.3:6379
   slots:[10923-16383] (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: bb95619aff3d613137733eeb55ff2d303a8720a1 192.168.1.4:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 58d342b59e98c9f9f469332b08c36b6ddd456bf6
S: 22d77a79272847f29e5db381b98ef6ccc4a169a7 192.168.1.5:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 758dc679fc1d46df195b4c16abcfde1d743b8008
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.
[root@localhost src]# redis-cli -h 192.168.1.1 -p 6379 -c          #登錄到群集需加“-c”選項
192.168.1.1:6379> set lv 11         #插入數(shù)據(jù)
OK
192.168.1.1:6379> get lv         
"11"
192.168.1.1:6379> exit
[root@localhost src]# redis-cli -h 192.168.1.3 -p 6379 -c          #登錄到其他master
192.168.1.3:6379> get lv           #查看在1.1插入的數(shù)據(jù)，照樣可以查詢到，說明群集生效
-> Redirected to slot [4118] located at 192.168.1.1:6379
"11"

redis-3.x.x和redis-5.x.x創(chuàng)建群集的區(qū)別：

使用命令不一樣，redis-3.x.x使用redis-trib.rb命令，語法如下：

[root@localhost ~]#redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.1.1:6379 ..192.168.1.6:6379
#redis-3.x.x創(chuàng)建群集。
[root@localhost src]# redis-trib.rb check 192.168.1.1:6379
#查看群集狀態(tài)
# redis-trib.rb不可以直接使用，需要執(zhí)行以下操作才可直接使用
[root@localhost src]# cd /usr/src/redis-5.0.5/src/           
[root@localhost src]# cp redis-trib.rb /usr/local/bin/  
#將該腳本復制到本地../bin下，以便直接使用。若不然，需要在目錄下使用“./”執(zhí)行該文件

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