Serf源码分析－概述

Serf是什么？

Serf是hashicorp开源的去中心化成员管理、失败检测和服务编排工具，具有轻量级、高可用和分区容错的特点。Serf底层采用gossip协议，通过在集群中广播消息，从而实现了集群中节点下线自动感知。由于gossip协议实现了最终一致性，所以Serf是一个AP系统。Serf可应用于负载均衡器、Memcached或者Redis集群管理、DNS记录更新等场景。

Serf如何工作？

Serf建立在gossip协议之上，实现了"SWIM: Scalable Weakly-consistent Infection-style Process Group Membership Protocol"论文中算法，集群中每个节点维护一个成员列表，通过失效检测器模块检测节点是否宕机，传播组件将节点成员列表进行交换合并，从而更新集群几点状态。

Serf传播组件

传播组件中，节点将维护的成员列表随机的发往集群中若干节点，从而进行信息交换。一般有两种交换模式：Anti-entropy和Rumor mongering。Anti-entropy会交换节点的全量信息，Rumor mongering会交换节点的增量信息。对于每种模式，具体实施时，可以采用Push、Pull或者Push-Pull混合方式。Push方式会主动推出新信息到其他节点；Pull方式需要随机选择若干节点，推送自己的信息；Push-Pull混合方式则需要结合Push和Pull进行信息双向交换。Serf采用了Anti-entropy模式，交换信息时使用Push-Pull混合方式。

Serf实效检测器

失效检测器则通过轮询成员列表，定期发送心跳信息来检测节点状态。心跳信息会通过多种通信方式进行发送，首先会定向发送UDP包，如果在超时时间内没有收到确认回复，则会随机选择若干节点，通过向中继节点发送间接心跳信息，委托中继节点确定节点状态；如果中继节点仍然没有收到回复，则会将该节点标记为疑似实效节点，在确定的阈值范围内，如果没有收到回复信息，才会将节点最终标记为实效。

在Serf所采用的gossip协议中，同时融入了网络诊断功能，该功能实现了"Vivaldi: A Decentralized Network Coordinate System"论文中的算法。通过维持节点在集群中的多维度坐标，来计算节点间RTT时间。

Serf集群搭建

Serf支持接收命令行请求，从而实现节点添加，用户查询及事件处理。下面以搭建2个节点的集群为例，说明Serf如何处理命令行请求。

首先，从官网下载二进制压缩包，解压后及为二进制可执行文件。

执行agent命令启动Serf节点1，该节点具有集群唯一的名字foo，gossip端口绑定地址127.0.0.1:5000，集群间rpc通信端口绑定127.0.0.1:7373。

serf agent -node=foo -bind=127.0.0.1:5000 -rpc-addr=127.0.0.1:7373

同样格式的命令启动Serf节点2：

serf agent -node=bar -bind=127.0.0.1:5001 -rpc-addr=127.0.0.1:7374

虽然此时已经有两个节点启动，但是这两个节点并不知道彼此的存在，也就是说没有形成一个集群。为了能够让节点能够彼此发现，需要手动将节点添加到一个已知的集群，这需要执行Serf的join命令：

serf join 127.0.0.1:5001

该命令告诉foo节点，加入节点bar所在的集群。此时通过查询命令members，则可以看到集群节点状态：

$ serf members
foo    127.0.0.1:5000    alive
bar    127.0.0.1:5001    alive

可以看到集群中已经有两个状态为alive的节点，至此一个测试使用的Serf集群搭建成功。