Redis數(shù)據(jù)庫群集

相信大家通過閱讀博文：非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（NoSQL）——Redis安裝及部署詳解
可以初步的認識Redis數(shù)據(jù)庫的優(yōu)勢及其安裝方法，今天我們來認識一下Redis數(shù)據(jù)庫怎么橫向擴展，以滿足更大的訪問需求。

Redis 3.0版本以上開始支持cluster，采用的是hash slot（hash 槽），可以將多個Redis實例整個在一起，形成一個群集，也就是將數(shù)據(jù)分散到群集的多個機器上。

Redis群集原理

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)點鎖負責的槽，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。如圖：

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)的命令是，接受命令的節(jié)點會計算出命令要處理的數(shù)據(jù)庫鍵屬于哪個槽，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)行這個命令；如果鍵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，一共有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。以保證群集鍵slot的完整性。當其中的某一個Master和它的Slave都失效，就會導致slot不完整，群集失效，這是就需要人工參與修復。

群集搭建好后，群集中的每個節(jié)點都會定期地想其他節(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。如果在一個群集里，半數(shù)以上的主節(jié)點都將某個節(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。

當需要減少或增加群集中的機器時，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)槽所屬的鍵值對從源節(jié)點移動到目標節(jié)點。

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

架構(gòu)細節(jié)
1.所有的redis節(jié)點彼此互聯(lián)，內(nèi)部使用二進制協(xié)議優(yōu)化傳輸速度和帶寬；
2.節(jié)點的失效在群集中超過半數(shù)的主節(jié)點檢測失效才失效；
3.客戶端與redis節(jié)點直連，不需要中間代理層，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【0-16383】slot上，cluster 負責維護node<->slot<->key；

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，認為當前master節(jié)點掛掉。如圖：

以下兩種情況出現(xiàn)則為群集不可用：

• 如果群集任意master掛掉，且當前master沒有slave，則群集進入fail狀態(tài)，也可以理解為群集的slot映射【0-16383】不完整時進入的fail狀態(tài)；
• 如果群集中出現(xiàn)半數(shù)的master掛掉，無論是否有slave，群集都進入fail狀態(tài)；
  當群集不可用時，所有對群集的操作都不可用，收到（（error）CLUSTERDOWN The cluster is down）錯誤。

默認情況下，每個群集的節(jié)點都使用兩個TCP端口，一個是6379，一個是16379：

• 6379端口服務于客戶端的連接；
• 16379端口用于群集總線；
  即使用二進制協(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。如果開啟了防火墻，需要開放這個端口（本次博文采用強制關(guān)閉防火墻）。

Redis群集部署

理解了Redis群集原理之后，搭建redis群集就變得非常簡單了。本次實驗采用6臺服務器搭建Redis群集，其中3臺為master，3臺為salve。6臺服務器的IP地址為192.168.1.1/24——192.168.1.6/24，服務器均為centos 7系統(tǒng)。這里就不上傳實驗拓補圖了。

Redis群集部署的具體操作步驟主要分為：

1.安裝Redis并修改配置文件

關(guān)于如何搭建Redis服務器及其軟件包獲取方式均可參考博文：非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（NoSQL）——Redis安裝及部署詳解
按照博文安裝即可，6臺服務器都需安裝Redis，安裝完成之后每臺服務器都需要修改為本機真實的IP地址，取消回環(huán)地址（127.0.0.1），具體修改內(nèi)容如下：

[root@localhost ~]# vim /etc/redis/6379.conf 
bind 192.168.1.1                                     //改為本機的真是IP地址
daemonize yes
logfile /var/log/redis_6379.log
cluster-enabled yes                                //啟用群集
cluster-config-file nodes-6379.conf
cluster-node-timeout 15000
cluster-require-full-coverage no
//關(guān)于群集這幾條默認是存在，只不過注釋了，取消注釋即可！
[root@localhost ~]# /etc/init.d/redis_6379 restart
//重啟redis服務
Stopping ...
Redis stopped
Starting Redis server...
[root@localhost ~]# netstat -anpt | grep 6379
tcp        0      0 192.168.1.1:6379        0.0.0.0:*               LISTEN      6497/redis-server 1 
tcp        0      0 192.168.1.1:16379       0.0.0.0:*               LISTEN      6497/redis-server 1 
tcp        0      0 127.0.0.1:6379          127.0.0.1:43304         TIME_WAIT   -                   
//6379端口和16379端口都在監(jiān)聽

第一個redis服務器已經(jīng)搭建完畢，剩下5個一樣的做法，只是配置文件中都是自身的IP地址，別弄混了！

2.使用腳本創(chuàng)建群集

創(chuàng)建群集要用到ruby的一個腳本，在創(chuàng)建群集之前，需要先安裝ruby的運行環(huán)境和ruby的Redis客戶端，該操作在其中一臺服務器進行即可。gem命令是提前下載的redis-3.2.0 gem軟件包提供的，直接上傳服務器即可使用！
gem軟件包網(wǎng)盤鏈接：https://pan.baidu.com/s/1Fx7YI-ZwZoHOPm13HYeFKw
提取碼：cj0x

[root@localhost ~]# yum -y install ruby rubygems
//安裝ruby的運行環(huán)境
[root@localhost ~]# gem install redis --version 3.2.0
Successfully installed redis-3.2.0
Parsing documentation for redis-3.2.0
Installing ri documentation for redis-3.2.0
1 gem installed
//安裝ruby的Redis客戶端工具——gem命令

使用腳本創(chuàng)建群集：

[root@localhost ~]# cd /usr/src/redis-3.2.9/src
[root@localhost src]# ./redis-trib.rb create --replicas 1 192.168.1.1:6379 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
                   …………                 //省略部分內(nèi)容
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes
                   …………                 //省略部分內(nèi)容
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.
//創(chuàng)建群集完成

[root@localhost src]# ./redis-trib.rb check 192.168.1.1:6379
//查看群集狀態(tài)（可以清楚的看到哪臺主機是master、哪臺主機時salve）
>>> Performing Cluster Check (using node 192.168.1.1:6379)
M: afb2a0876b9c4c1c19e2bc492e398765bed0a311 192.168.1.1:6379
   slots:0-5460 (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: 00ed4b0da4f0444c7e2a54a44c2060dd2c51a19a 192.168.1.4:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates afb2a0876b9c4c1c19e2bc492e398765bed0a311
S: 081d87a0d26895605e4c237c5429d3ae6e01f7b2 192.168.1.5:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates 050d71e6ad9bbf0a2a90b743d5a9bb9fb77052bb
S: 00bf8cb3a48a696d9bfc4b124234335633dc14d0 192.168.1.6:6379
   slots: (0 slots) slave
   replicates bec4c3401ced5a43439568f5530d79dd2a911512
M: 050d71e6ad9bbf0a2a90b743d5a9bb9fb77052bb 192.168.1.2:6379
   slots:5461-10922 (5462 slots) master
   1 additional replica(s)
M: bec4c3401ced5a43439568f5530d79dd2a911512 192.168.1.3:6379
   slots:10923-16383 (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.

3.測試群集

登錄群集，設置鍵值測試，需要用到“-c”參數(shù)來激活群集，具體操作如下：

[root@localhost ~]# redis-cli -h 192.168.1.1 -p 6379 -c
192.168.1.1:6379> set k1 1
-> Redirected to slot [12706] located at 192.168.1.3:6379
OK
192.168.1.3:6379> get k1
"1"

數(shù)據(jù)自動同步其redis服務器上，查看效果：

[root@localhost ~]# redis-cli -h 192.168.1.5 -p 6379 -c
192.168.1.5:6379> get k1
-> Redirected to slot [12706] located at 192.168.1.3:6379
"1"
//提示是從192.168.1.3服務器上同步過來的

實驗完成！?。?/p>

———————— 本文至此結(jié)束，感謝閱讀 ————————