Redis集群-复制与故障转移

    Redis集群中的节点分为主节点（master）和从节点（slave），其中主节点用于处理槽，而从节点则用于复制某个主节点，并在被复制的主节点下线时，代替下线主节点继续处理命令请求。

设置从节点

CLUSTER REPLICATE 
#让接收命令的节点成为node_id所指定节点的从节点,并开始对主节点进行主从复制。

过程：

1.接收到该命令的节点首先会在自己的clusterState.nodes字典中找到node_id 所对应节点的clusterNode结构，并将自己的clusterState.myself.slaveof 指针指向这个结构，以此来记录这个节点正在复制的主节点∶

struct clusterNode {
   // 如果这是一个从节点，那么指向主节点
  struct clusterNode *slaveof;
}

2.然后节点会修改自己在clusterState.myself.flags中的属性，关闭原本的REDIS_NODE_MASTER标识，打开REDIS_NODE_SLAVE标识，表示这个节点已经由原来的主节点变成了从节点。

3.最后，节点会调用复制代码，并根据clusterState.myself.slaveof指向的clusterNode结构所保存的IP地址和端口号，对主节点进行复制。因为节点的复制功能和单机 Redis服务器的复制功能使用了相同的代码，所以让从节点复制主节点相当于向从节点发送命令SLAVEOF。

下图表示从节点7004正在复制主节点7000

image.png

故障检测

    集群中的每个节点都会定期向其他节点发送PING消息，用来检测对方是否在线，如果接收PING消息的节点没有在规定的时间内，向发送PING 消息的节点返回PONG消息，那么发送PING消息的节点就会将接收PING消息的节点标记为疑似下线

    集群中的各个节点会通过互相发送消息的方式来交换集群中各个节点的状态信息，例如某个节点是处于在线状态、疑似下线状态（PFAIL），还是已下线状态（FAIL）。

    当一个主节点A通过消息得知主节点B认为主节点C进入了疑似下线状态时，主节点A会在自己的clusterState.nodes字典中找到主节点C所对应的clusterNode结构，并将主节点B的下线报告（failure report）添加到clusterNode结构的fail_reports链表中。

struct clusterNode {

  // 一个链表，记录了所有其他节点对该节点的下线报告
  list *fail_reports;
}

    比如，如果主节点7001在收到主节点7002、主节点7003发送的消息后得知，主节点7002和主节点7003都认为主节点7000进入了疑似下线状态，那么主节点7001将为主节点7000创建下图所示的下线报告。

image.png

    如果在一个集群里面，半数以上负责处理槽的主节点都将某个主节点x报告为疑似下线，那么这个主节点x将被标记为已下线（FAIL），将主节点x标记为已下线的节点会向集群广播一条关于主节点x的FAIL消息，所有收到这条 FAIL消息的节点都会立即将主节点x标记为已下线。

故障转移

    当一个从节点发现自己正在复制的主节点进入了已下线状态时，从节点将开始对下线主节点进行故障转移，以下是故障转移的执行步骤∶
1）复制下线主节点的所有从节点里面，会有一个从节点被选中。
2）被选中的从节点会执行 SLAVE OF no one命令，成为新的主节点。
3）新的主节点会撤销所有对已下线主节点的槽指派，并将这些槽全部指派给自己。
4）新的主节点向集群广播一条PONG消息，这条 PONG消息可以让集群中的其他节点立即知道这个节点已经由从节点变成了主节点，并且这个主节点已经接管了原本由已下线节点负责处理的槽。
5）新的主节点开始接收和自己负责处理的槽有关的命令请求，故障转移完成。

选举新的主节点

1）集群的配置纪元是一个自增计数器，它的初始值为0。
2）当集群里的某个节点开始一次故障转移操作时，集群配置纪元的值会被增一。
3）对于每个配置纪元，集群里每个负责处理槽的主节点都有一次投票的机会，而第一个向主节点要求投票的从节点将获得主节点的投票。
4）当从节点发现自己正在复制的主节点进入已下线状态时，从节点会向集群广播一条CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_REQUEST消息，要求所有收到这条消息、并且具有投票权的主节点向这个从节点投票。
5）如果一个主节点具有投票权（它正在负责处理槽），并且这个主节点尚未投票给其他从节点，那么主节点将向要求投票的从节点返回一条CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK 消息，表示这个主节点支持从节点成为新的主节点。
6）每个参与选举的从节点都会接收CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK消息，并根据自己收到了多少条这种消息来统计自己获得了多少主节点的支持。
7）如果集群里有N个具有投票权的主节点，那么当一个从节点收集到大于等于N/2+1 张支持票时，这个从节点就会当选为新的主节点。
8）因为在每一个配置纪元里面，每个具有投票权的主节点只能投一次票，所以如果有N个主节点进行投票，那么具有大于等于N/2+1 张支持票的从节点只会有一个，这确保了新的主节点只会有一个。
9）如果在一个配置纪元里面没有从节点能收集到足够多的支持票，那么集群进入一个新的配置纪元，并再次进行选举，直到选出新的主节点为止。

集群选取新的主节点和选举领头Sentinel方法非常类似，都是基于Raft算法实现的。