Docker 全栈体系(四)

Docker 体系(高级篇)

一、Docker复杂安装

1. 安装mysql主从复制

  • 主从搭建步骤
    • 新建主服务器容器实例3307

      docker run -p 3307:3306 --name mysql-master \
      -v /mydata/mysql-master/log:/var/log/mysql \
      -v /mydata/mysql-master/data:/var/lib/mysql \
      -v /mydata/mysql-master/conf:/etc/mysql \
      -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root  \
      -d mysql:5.7
      
    • 进入/mydata/mysql-master/conf目录下新建my.cnf

    • vim my.cnf

      [mysqld]
      ## 设置server_id,同一局域网中需要唯一
      server_id=101 
      ## 指定不需要同步的数据库名称
      binlog-ignore-db=mysql  
      ## 开启二进制日志功能
      log-bin=mall-mysql-bin  
      ## 设置二进制日志使用内存大小(事务)
      binlog_cache_size=1M  
      ## 设置使用的二进制日志格式(mixed,statement,row)
      binlog_format=mixed  
      ## 二进制日志过期清理时间。默认值为0,表示不自动清理。
      expire_logs_days=7  
      ## 跳过主从复制中遇到的所有错误或指定类型的错误,避免slave端复制中断。
      ## 如:1062错误是指一些主键重复,1032错误是因为主从数据库数据不一致
      slave_skip_errors=1062
      
    • 修改完配置后重启master实例

      docker restart mysql-master
      
    • 进入mysql-master容器

      docker exec -it mysql-master /bin/bash
      
      mysql -uroot -proot
      
    • master容器实例内创建数据同步用户

      CREATE USER 'slave'@'%' IDENTIFIED BY '123456';
      GRANT REPLICATION SLAVE, REPLICATION CLIENT ON *.* TO 'slave'@'%';
      
    • 新建从服务器容器实例3308

      docker run -p 3308:3306 --name mysql-slave \
      -v /mydata/mysql-slave/log:/var/log/mysql \
      -v /mydata/mysql-slave/data:/var/lib/mysql \
      -v /mydata/mysql-slave/conf:/etc/mysql \
      -e MYSQL_ROOT_PASSWORD=root  \
      -d mysql:5.7
      
    • 进入/mydata/mysql-slave/conf目录下新建my.cnf

    • vim my.cnf

      [mysqld]
      ## 设置server_id,同一局域网中需要唯一
      server_id=102
      ## 指定不需要同步的数据库名称
      binlog-ignore-db=mysql  
      ## 开启二进制日志功能,以备Slave作为其它数据库实例的Master时使用
      log-bin=mall-mysql-slave1-bin  
      ## 设置二进制日志使用内存大小(事务)
      binlog_cache_size=1M  
      ## 设置使用的二进制日志格式(mixed,statement,row)
      binlog_format=mixed  
      ## 二进制日志过期清理时间。默认值为0,表示不自动清理。
      expire_logs_days=7  
      ## 跳过主从复制中遇到的所有错误或指定类型的错误,避免slave端复制中断。
      ## 如:1062错误是指一些主键重复,1032错误是因为主从数据库数据不一致
      slave_skip_errors=1062  
      ## relay_log配置中继日志
      relay_log=mall-mysql-relay-bin  
      ## log_slave_updates表示slave将复制事件写进自己的二进制日志
      log_slave_updates=1  
      ## slave设置为只读(具有super权限的用户除外)
      read_only=1
      
    • 修改完配置后重启slave实例

      docker restart mysql-slave
      
    • 在主数据库中查看主从同步状态

      show master status;
      
    • 进入mysql-slave容器

      docker exec -it mysql-slave /bin/bash
      mysql -uroot -proot
      
    • 在从数据库中配置主从复制

      change master to master_host='宿主机ip', master_user='slave', master_password='123456', master_port=3307, master_log_file='mall-mysql-bin.000001', master_log_pos=617, master_connect_retry=30;
      

      Docker 全栈体系(四)_第1张图片

    • 主从复制命令参数说明

      master_host:主数据库的IP地址;
      master_port:主数据库的运行端口;
      master_user:在主数据库创建的用于同步数据的用户账号;
      master_password:在主数据库创建的用于同步数据的用户密码;
      master_log_file:指定从数据库要复制数据的日志文件,通过查看主数据的状态,获取File参数;
      master_log_pos:指定从数据库从哪个位置开始复制数据,通过查看主数据的状态,获取Position参数;
      master_connect_retry:连接失败重试的时间间隔,单位为秒。
      

      Docker 全栈体系(四)_第2张图片

    • 在从数据库中查看主从同步状态

    • show slave status \G;
      Docker 全栈体系(四)_第3张图片
      Docker 全栈体系(四)_第4张图片

    • 在从数据库中开启主从同步

    • 查看从数据库状态发现已经同步
      在这里插入图片描述

    • 主从复制测试

    • 主机新建库-使用库-新建表-插入数据,ok

    • 从机使用库-查看记录,ok

2. 安装redis集群

  • cluster(集群)模式-docker版 哈希槽分区进行亿级数据存储
  • 面试题:1~2亿条数据需要缓存,请问如何设计这个存储案例
  • 回答:单机单台100%不可能,肯定是分布式存储,用redis如何落地?
  • 上述问题阿里P6~P7工程案例和场景设计类必考题目, 一般业界有3种解决方案

2.1 哈希取余分区

Docker 全栈体系(四)_第5张图片

  • 2亿条记录就是2亿个k,v,我们单机不行必须要分布式多机,假设有3台机器构成一个集群,用户每次读写操作都是根据公式:hash(key) % N个机器台数,计算出哈希值,用来决定数据映射到哪一个节点上。

  • 优点:
    简单粗暴,直接有效,只需要预估好数据规划好节点,例如3台、8台、10台,就能保证一段时间的数据支撑。使用Hash算法让固定的一部分请求落到同一台服务器上,这样每台服务器固定处理一部分请求(并维护这些请求的信息),起到负载均衡+分而治之的作用。

  • 缺点:
    原来规划好的节点,进行扩容或者缩容就比较麻烦了,不管扩缩,每次数据变动导致节点有变动,映射关系需要重新进行计算,在服务器个数固定不变时没有问题,如果需要弹性扩容或故障停机的情况下,原来的取模公式就会发生变化:Hash(key)/3会变成Hash(key) /?。此时地址经过取余运算的结果将发生很大变化,根据公式获取的服务器也会变得不可控。某个redis机器宕机了,由于台数数量变化,会导致hash取余全部数据重新洗牌。

2.2 一致性哈希算法分区

2.2.1 是什么
  • 一致性Hash算法背景
    • 一致性哈希算法在1997年由麻省理工学院中提出的,设计目标是为了解决分布式缓存数据变动和映射问题,某个机器宕机了,分母数量改变了,自然取余数不OK了。
2.2.2 能干嘛
  • 提出一致性Hash解决方案。 目的是当服务器个数发生变动时, 尽量减少影响客户端到服务器的映射关系。
2.2.3 三大步骤
  • 算法构建一致性哈希环
    • 一致性哈希环
      • 一致性哈希算法必然有个hash函数并按照算法产生hash值,这个算法的所有可能哈希值会构成一个全量集,这个集合可以成为一个hash空间[0,2^32-1],这个是一个线性空间,但是在算法中,我们通过适当的逻辑控制将它首尾相连(0 = 2^32),这样让它逻辑上形成了一个环形空间。
      • 它也是按照使用取模的方法,前面笔记介绍的节点取模法是对节点(服务器)的数量进行取模。而一致性Hash算法是对2^32 取模,简单来说,一致性Hash算法将整个哈希值空间组织成一个虚拟的圆环,如假设某哈希函数H的值空间为0-2^32 -1(即哈希值是一个32位无符号整形),整个哈希环如下图:整个空间按顺时针方向组织,圆环的正上方的点代表0,0点右侧的第一个点代表1,以此类推,2、3、4、……直到2^32 -1,也就是说0点左侧的第一个点代表2^32-1, 0和2^32 -1在零点中方向重合,我们把这个由2^32个点组成的圆环称为Hash环。
        Docker 全栈体系(四)_第6张图片
  • 服务器IP节点映射
    • 节点映射
      • 将集群中各个IP节点映射到环上的某一个位置。将各个服务器使用Hash进行一个哈希,具体可以选择服务器的IP或主机名作为关键字进行哈希,这样每台机器就能确定其在哈希环上的位置。假如4个节点NodeA、B、C、D,经过IP地址的哈希函数计算(hash(ip)),使用IP地址哈希后在环空间的位置如下:
        Docker 全栈体系(四)_第7张图片
  • key落到服务器的落键规则
    • 当我们需要存储一个kv键值对时,首先计算key的hash值,hash(key),将这个key使用相同的函数Hash计算出哈希值并确定此数据在环上的位置,从此位置沿环顺时针“行走”,第一台遇到的服务器就是其应该定位到的服务器,并将该键值对存储在该节点上。
      如我们有Object A、Object B、Object C、Object D四个数据对象,经过哈希计算后,在环空间上的位置如下:根据一致性Hash算法,数据A会被定为到Node A上,B被定为到Node B上,C被定为到Node C上,D被定为到Node D上。
      Docker 全栈体系(四)_第8张图片
2.2.4 优点
  • 一致性哈希算法的容错性
    • 容错性
      • 假设Node C宕机,可以看到此时对象A、B、D不会受到影响,只有C对象被重定位到Node D。一般的,在一致性Hash算法中,如果一台服务器不可用,则受影响的数据仅仅是此服务器到其环空间中前一台服务器(即沿着逆时针方向行走遇到的第一台服务器)之间数据,其它不会受到影响。简单说,就是C挂了,受到影响的只是B、C之间的数据,并且这些数据会转移到D进行存储。
        Docker 全栈体系(四)_第9张图片
  • 一致性哈希算法的扩展性
    • 扩展性
      • 数据量增加了,需要增加一台节点NodeX,X的位置在A和B之间,那受到影响的也就是A到X之间的数据,重新把A到X的数据录入到X上即可,不会导致hash取余全部数据重新洗牌。
        Docker 全栈体系(四)_第10张图片
2.2.5 缺点
  • 一致性哈希算法的数据倾斜问题

    • Hash环的数据倾斜问题
      • 一致性Hash算法在服务节点太少时,容易因为节点分布不均匀而造成数据倾斜(被缓存的对象大部分集中缓存在某一台服务器上)问题,例如系统中只有两台服务器:
        Docker 全栈体系(四)_第11张图片
2.2.6 小总结
  • 为了在节点数目发生改变时尽可能少的迁移数据
  • 将所有的存储节点排列在收尾相接的Hash环上,每个key在计算Hash后会顺时针找到临近的存储节点存放。而当有节点加入或退出时仅影响该节点在Hash环上顺时针相邻的后续节点。
  • 优点
    • 加入和删除节点只影响哈希环中顺时针方向的相邻的节点,对其他节点无影响。
  • 缺点
    • 数据的分布和节点的位置有关,因为这些节点不是均匀的分布在哈希环上的,所以数据在进行存储时达不到均匀分布的效果。

2.3 哈希槽分区

2.3.1 是什么
  • 为什么出现?
    • 一致性哈希算法的数据倾斜问题
  • 哈希槽实质就是一个数组,数组[0,2^14 -1]形成hash slot空间。
2.3.2 能干什么
  • 解决均匀分配的问题,在数据和节点之间又加入了一层,把这层称为哈希槽(slot),用于管理数据和节点之间的关系,现在就相当于节点上放的是槽,槽里放的是数据。
    Docker 全栈体系(四)_第12张图片
  • 槽解决的是粒度问题,相当于把粒度变大了,这样便于数据移动。
  • 哈希解决的是映射问题,使用key的哈希值来计算所在的槽,便于数据分配。
2.3.3 多少个hash槽
  • 一个集群只能有16384个槽,编号0-16383(0-2^14-1)。这些槽会分配给集群中的所有主节点,分配策略没有要求。可以指定哪些编号的槽分配给哪个主节点。集群会记录节点和槽的对应关系。解决了节点和槽的关系后,接下来就需要对key求哈希值,然后对16384取余,余数是几key就落入对应的槽里。slot = CRC16(key) % 16384。以槽为单位移动数据,因为槽的数目是固定的,处理起来比较容易,这样数据移动问题就解决了。
2.3.4 哈希槽计算
  • Redis 集群中内置了 16384 个哈希槽,redis 会根据节点数量大致均等的将哈希槽映射到不同的节点。当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value时,redis 先对 key 使用 crc16 算法算出一个结果,然后把结果对 16384 求余数,这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽,也就是映射到某个节点上。如下代码,key之A 、B在Node2, key之C落在Node3上
    Docker 全栈体系(四)_第13张图片
    Docker 全栈体系(四)_第14张图片

2.4 3主3从redis集群扩缩容配置案例架构说明

Docker 全栈体系(四)_第15张图片

2.4.1 3主3从redis集群配置
2.4.1.1 关闭防火墙+启动docker后台服务

在这里插入图片描述
- systemctl start docker

2.4.1.2 新建6个docker容器redis实例
docker run -d --name redis-node-1 --net host --privileged=true -v /data/redis/share/redis-node-1:/data redis:6.0.8 --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6381
 
docker run -d --name redis-node-2 --net host --privileged=true -v /data/redis/share/redis-node-2:/data redis:6.0.8 --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6382
 
docker run -d --name redis-node-3 --net host --privileged=true -v /data/redis/share/redis-node-3:/data redis:6.0.8 --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6383
 
docker run -d --name redis-node-4 --net host --privileged=true -v /data/redis/share/redis-node-4:/data redis:6.0.8 --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6384
 
docker run -d --name redis-node-5 --net host --privileged=true -v /data/redis/share/redis-node-5:/data redis:6.0.8 --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6385
 
docker run -d --name redis-node-6 --net host --privileged=true -v /data/redis/share/redis-node-6:/data redis:6.0.8 --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6386

Docker 全栈体系(四)_第16张图片

命令分步解释:

docker run
创建并运行docker容器实例

--name redis-node-6
容器名字

--net host
使用宿主机的IP和端口,默认

--privileged=true
获取宿主机root用户权限

-v /data/redis/share/redis-node-6:/data
容器卷,宿主机地址:docker内部地址

redis:6.0.8
redis镜像和版本号

--cluster-enabled yes
开启redis集群

--appendonly yes
开启持久化

--port 6386
redis端口号
2.4.1.3 进入容器redis-node-1并为6台机器构建集群关系
  • 进入容器
    • docker exec -it redis-node-1 /bin/bash
  • 构建主从关系
    • 注意,进入docker容器后才能执行一下命令,且注意自己的真实IP地址
redis-cli --cluster create 192.168.111.147:6381 192.168.111.147:6382 192.168.111.147:6383 192.168.111.147:6384 192.168.111.147:6385 192.168.111.147:6386 --cluster-replicas 1
# --cluster-replicas 1 表示为每个master创建一个slave节点

在这里插入图片描述
Docker 全栈体系(四)_第17张图片
Docker 全栈体系(四)_第18张图片
Docker 全栈体系(四)_第19张图片

  • 一切OK的话,3主3从搞定
  • 链接进入6381作为切入点,查看集群状态
  • 链接进入6381作为切入点,查看节点状态
    Docker 全栈体系(四)_第20张图片
    Docker 全栈体系(四)_第21张图片
  • cluster info
  • cluster nodes
2.4.2 主从容错切换迁移案例
2.4.2.1 数据读写存储
  • 启动6机构成的集群并通过exec进入
  • 对6381新增两个key
  • 防止路由失效加参数-c并新增两个key 在这里插入图片描述
    • 加入参数-c,优化路由
      Docker 全栈体系(四)_第22张图片
  • 查看集群信息
redis-cli --cluster check 192.168.111.147:6381

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Docker 全栈体系(四)_第24张图片

2.4.2.2 容错切换迁移

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  • 主6381和从机切换,先停止主机6381
    • 6381主机停了,对应的真实从机上位
    • 6381作为1号主机分配的从机以实际情况为准,具体是几号机器就是几号
  • 再次查看集群信息
    Docker 全栈体系(四)_第26张图片
    • 6381宕机了,6385上位成为了新的master。
    • 备注:本次脑图笔记6381为主下面挂从6385。
    • 每次案例下面挂的从机以实际情况为准,具体是几号机器就是几号
  • 先还原之前的3主3从
    Docker 全栈体系(四)_第27张图片
    • 中间需要等待一会儿,docker集群重新响应。
    • 先启6381
      Docker 全栈体系(四)_第28张图片
    • docker start redis-node-1
    • 再停6385
      Docker 全栈体系(四)_第29张图片
    • docker stop redis-node-5
    • 再启6385
      Docker 全栈体系(四)_第30张图片
    • docker start redis-node-5
    • 主从机器分配情况以实际情况为准
  • 查看集群状态
    • redis-cli --cluster check 自己IP:6381
      Docker 全栈体系(四)_第31张图片
2.4.3 主从扩容案例

Docker 全栈体系(四)_第32张图片
Docker 全栈体系(四)_第33张图片

2.4.3.1 新建6387、6388两个节点+新建后启动+查看是否8节点
docker run -d --name redis-node-7 --net host --privileged=true -v /data/redis/share/redis-node-7:/data redis:6.0.8 --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6387
docker run -d --name redis-node-8 --net host --privileged=true -v /data/redis/share/redis-node-8:/data redis:6.0.8 --cluster-enabled yes --appendonly yes --port 6388
docker ps
2.4.3.2 进入6387容器实例内部
docker exec -it redis-node-7 /bin/bash
2.4.3.3 将新增的6387节点(空槽号)作为master节点加入原集群
# 将新增的6387作为master节点加入集群
redis-cli --cluster add-node 自己实际IP地址:6387 自己实际IP地址:6381
# 6387 就是将要作为master新增节点
# 6381 就是原来集群节点里面的领路人,相当于6387拜拜6381的码头从而找到组织加入集群

Docker 全栈体系(四)_第34张图片
Docker 全栈体系(四)_第35张图片

2.4.3.4 检查集群情况第1次
redis-cli --cluster check 真实ip地址:6381

Docker 全栈体系(四)_第36张图片
Docker 全栈体系(四)_第37张图片

2.4.3.5 重新分派槽号
# 命令:
redis-cli --cluster reshard IP地址:端口号
redis-cli --cluster reshard 192.168.111.147:6381

Docker 全栈体系(四)_第38张图片
Docker 全栈体系(四)_第39张图片

2.4.3.6 检查集群情况第2次
redis-cli --cluster check 真实ip地址:6381

Docker 全栈体系(四)_第40张图片
Docker 全栈体系(四)_第41张图片

  • 槽号分配说明
    • 为什么6387是3个新的区间,以前的还是连续?
    • 重新分配成本太高,所以前3家各自匀出来一部分,从6381/6382/6383三个旧节点分别匀出1364个坑位给新节点6387
      Docker 全栈体系(四)_第42张图片
2.4.3.7 为主节点6387分配从节点6388
# 命令:
redis-cli --cluster add-node ip:新slave端口 ip:新master端口 --cluster-slave --cluster-master-id 新主机节点ID
 
redis-cli --cluster add-node 192.168.111.147:6388 192.168.111.147:6387 --cluster-slave --cluster-master-id e4781f644d4a4e4d4b4d107157b9ba8144631451-------这个是6387的编号,按照自己实际情况

Docker 全栈体系(四)_第43张图片
Docker 全栈体系(四)_第44张图片

2.4.3.8 检查集群情况第3次
redis-cli --cluster check 192.168.111.147:6382

Docker 全栈体系(四)_第45张图片
Docker 全栈体系(四)_第46张图片

2.4.4 主从缩容案例

Docker 全栈体系(四)_第47张图片

2.4.4.1 目的:6387和6388下线
2.4.4.2 检查集群情况1获得6388的节点ID
redis-cli --cluster check 192.168.111.147:6382

Docker 全栈体系(四)_第48张图片

2.4.4.3 将6388删除 从集群中将4号从节点6388删除
# 命令:
redis-cli --cluster del-node ip:从机端口 从机6388节点ID
 
redis-cli --cluster del-node 192.168.111.147:6388 5d149074b7e57b802287d1797a874ed7a1a284a8

Docker 全栈体系(四)_第49张图片

redis-cli --cluster check 192.168.111.147:6382
# 检查一下发现,6388被删除了,只剩下7台机器了。

Docker 全栈体系(四)_第50张图片

2.4.4.4 将6387的槽号清空,重新分配,本例将清出来的槽号都给6381
redis-cli --cluster reshard 192.168.111.147:6381

Docker 全栈体系(四)_第51张图片
Docker 全栈体系(四)_第52张图片

2.4.4.5 检查集群情况第二次
redis-cli --cluster check 192.168.111.147:6381
 
# 4096个槽位都指给6381,它变成了8192个槽位,相当于全部都给6381了,不然要输入3次,一锅端

Docker 全栈体系(四)_第53张图片

2.4.4.6 将6387删除
# 命令:
redis-cli --cluster del-node ip:端口 6387节点ID
 
redis-cli --cluster del-node 192.168.111.147:6387 e4781f644d4a4e4d4b4d107157b9ba8144631451

在这里插入图片描述

2.4.4.7 检查集群情况第三次
redis-cli --cluster check 192.168.111.147:6381

Docker 全栈体系(四)_第54张图片

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