Redis Cluster

公司以一种错误的姿势使用了redis的功能，而且业务框架已经变得很大，虽然大家也都认为不合理，但是暂时看不到重构希望，可苦逼了后端人员，索性看看redis cluster能不能解决我的顾虑，redis 3出来也一段时间了，网上的文章也很多了，生产上大规模使用的公司不多，而且因为要对cluster的支持，导致很多原有lib库都无法使用了，不过这并不妨碍我们追索知识的步伐....

Redis很早的时候已经提供了Master-Slave功能，直到3.0版本的时候才提供了cluster功能，还是alpha版本，cluster并不支持多个键的操作，这样会导致需要在多个节点间移动数据，因为cluster中数据是被自动的分配到多个redis节点的。在cluster中部分节点出现不可用的时候，cluster还是可以继续提供正常服务的(当然要看你的集群配置)。

下面聊聊关于redis cluster的一些信息，每个在cluster中的redis节点都会监听两个端口，一个是和客户端通讯的TCP端口(6379)，一个是用作cluster内部数据传输的，比如错误检测、cluster配置更新、故障转移等等(16379)。这样cluster的通讯问题就解决了，但数据是怎么在cluster中存放的？redis cluster没有采用一致性哈希，而是采用hash slot。一个redis cluster有固定的16384个hash slot，这么多slot被均匀的分配到cluster中的master节点上，而一个key具体的存储在哪个slot上，则是通过key的CRC16编码对16384取模得出的。上面提到了cluster中的master节点，估计很多人就迷糊了，为了当部分节点失效时，cluster仍能保持可用，Redis 集群采用每个节点拥有 1（主服务自身）到 N 个副本（N-1 个附加的从服务器）的主从模型。是不是和master/slave很像。但是redis cluster却不是强一致性的，在一定的条件下，cluster可能会丢失一些写入的请求命令，因为cluster内部master和slave之间的数据是异步复制的，比如你给master中写入数据，返回ok，但是这时候该数据并不一定就完全的同步到slave上了(采用异步主要是提高性能，主要是在性能和一致性间的一个平衡)，如果这时候master宕机了，这部分没有写入slave的数据就丢失了，不过这种可能性还是很小的。上面这些信息都来自官方解释，只是大概的描述了redis cluster的一些基本信息。

其实个人觉得redis之前也有单独的数据分片功能和主从功能，cluster只是把这些功能合并在一起，外加一些集群的状态检测。下面看看redis cluster的集群架构图：

客户端连接在cluster中的任何一个节点上都可以获取到其他节点的数据，不过这幅图看着有点乱，一般cluster内部不会这么多节点互为主从的。

下面我们简单的使用一下，操作系统是一台ubuntu14.04系统(启动6个实例，3 Master/3 Slave)：

1 下载最新版redis

wget 'http://download.redis.io/releases/redis-3.0.4.tar.gz'

2  编译安装

#安装到/opt/redis-cluster目录

tar zxvf redis-3.0.4.tar.gz
cd redis-3.0.4/
make
make PREFIX=/opt/redis-cluster install

#创建配置目录，拷贝相关文件
mkdir /opt/redis-cluster/{log conf rdb run}
cp src/redis-trib.rb /opt/redis-cluster/bin/

3  安装其他依赖包

apt-get install ruby1.9.1
gem install redis

4  创建配置文件

    看看6379的具体信息：grep -v -E '(^#|^$)' redis-6379.conf

daemonize yes
pidfile /opt/redis-cluster/run/redis-6379.pid
port 6379
tcp-backlog 511
timeout 0
tcp-keepalive 0
loglevel notice
logfile "/opt/redis-cluster/log/redis-6379.log"
databases 16
save 900 1
save 300 10
save 60 10000
stop-writes-on-bgsave-error yes
rdbcompression yes
rdbchecksum yes
dbfilename dump-6379.rdb
dir /opt/redis-cluster/rdb
slave-serve-stale-data yes
slave-read-only yes
repl-diskless-sync no
repl-diskless-sync-delay 5
repl-disable-tcp-nodelay no
slave-priority 100
appendonly yes
appendfilename "redis-6379.aof"
appendfsync everysec
no-appendfsync-on-rewrite no
auto-aof-rewrite-percentage 100
auto-aof-rewrite-min-size 64mb
aof-load-truncated yes
lua-time-limit 5000
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-6379.conf
cluster-node-timeout 15000
slowlog-log-slower-than 10000
slowlog-max-len 128
latency-monitor-threshold 0
notify-keyspace-events ""
hash-max-ziplist-entries 512
hash-max-ziplist-value 64
list-max-ziplist-entries 512
list-max-ziplist-value 64
set-max-intset-entries 512
zset-max-ziplist-entries 128
zset-max-ziplist-value 64
hll-sparse-max-bytes 3000
activerehashing yes
client-output-buffer-limit normal 0 0 0
client-output-buffer-limit slave 256mb 64mb 60
client-output-buffer-limit pubsub 32mb 8mb 60
hz 10
aof-rewrite-incremental-fsync yes

    其实大部分都是原有的配置信息，不需要做大的改动，与端口相关的都需要调整，与集群相关的配置如下：

cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-6379.conf
cluster-node-timeout 15000

    注意其中的nodes-6379.conf这个文件不需要创建，在初始化集群的时候会自动创建的。

5    在启动redis实例前先修改一些系统级别的配置

echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
# 打开/etc/sysctl.conf，追加如下内容
vm.overcommit_memory = 1
#使配置生效
sysctl -p

6    启动所有redis实例

cd /opt/redis-cluster/bin
./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-6379.conf
./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-6380.conf
./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-6381.conf
./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-7379.conf
./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-7380.conf
./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-7381.conf

7    redis-trib.rb

        redis-trib.rb是一个官方提供的用来操作cluster的ruby脚本，我们后面管理cluster会经常使用到这个脚本

Usage: redis-trib <command> <options> <arguments ...>

  create          host1:port1 ... hostN:portN
                  --replicas <arg>
  check           host:port
  fix             host:port
  reshard         host:port
                  --from <arg>
                  --to <arg>
                  --slots <arg>
                  --yes
  add-node        new_host:new_port existing_host:existing_port
                  --slave
                  --master-id <arg>
  del-node        host:port node_id
  set-timeout     host:port milliseconds
  call            host:port command arg arg .. arg
  import          host:port
                  --from <arg>
  help            (show this help)

For check, fix, reshard, del-node, set-timeout you can specify the host and port of any working node in the cluster.

8    初始化启动cluster

./redis-trib.rb create --replicas 1 172.16.1.100:6379 172.16.1.100:6380 172.16.1.100:6381 172.16.1.100:7379 172.16.1.100:7380 172.16.1.100:7381

      结果如下：

>>> Creating cluster
Connecting to node 172.16.1.100:6379: OK
Connecting to node 172.16.1.100:6380: OK
Connecting to node 172.16.1.100:6381: OK
Connecting to node 172.16.1.100:7379: OK
Connecting to node 172.16.1.100:7380: OK
Connecting to node 172.16.1.100:7381: OK
>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Using 3 masters:    ###注意三个6xxx的都被定义为master的了
172.16.1.100:6379
172.16.1.100:6380
172.16.1.100:6381
Adding replica 172.16.1.100:7379 to 172.16.1.100:6379   ###注意三个7xxx的都被定义为相关的slave了
Adding replica 172.16.1.100:7380 to 172.16.1.100:6380
Adding replica 172.16.1.100:7381 to 172.16.1.100:6381
M: cdb8b1fe29feb9a564fbfed6599aa61dda250eb1 172.16.1.100:6379
   slots:0-5460 (5461 slots) master    ###6379被分配了0-5460个slots
M: a188b59b30056f61c1cf55ff5072d60b6f8ce5d7 172.16.1.100:6380
   slots:5461-10922 (5462 slots) master   ###6380被分配了5461-10922个slots
M: fada90b0520d5aa3305bc89651cc7bb5de9b2a16 172.16.1.100:6381
   slots:10923-16383 (5461 slots) master     ###6381被分配了10923-16383个slots
S: 818fb192631cf8c34bc58f24d2538444abe7d995 172.16.1.100:7379    ###剩余的三个slave
   replicates cdb8b1fe29feb9a564fbfed6599aa61dda250eb1
S: 1cf6ed9f8a5049513fb631e78207c7f0b1ba6674 172.16.1.100:7380
   replicates a188b59b30056f61c1cf55ff5072d60b6f8ce5d7
S: bc09734e243b9b2e9fe2f64c55aaf72073c6918b 172.16.1.100:7381
   replicates fada90b0520d5aa3305bc89651cc7bb5de9b2a16
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes     ###是否在nodes配置文件中保存更新配置
>>> 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 172.16.1.100:6379)
M: cdb8b1fe29feb9a564fbfed6599aa61dda250eb1 172.16.1.100:6379
   slots:0-5460 (5461 slots) master
M: a188b59b30056f61c1cf55ff5072d60b6f8ce5d7 172.16.1.100:6380
   slots:5461-10922 (5462 slots) master
M: fada90b0520d5aa3305bc89651cc7bb5de9b2a16 172.16.1.100:6381
   slots:10923-16383 (5461 slots) master
M: 818fb192631cf8c34bc58f24d2538444abe7d995 172.16.1.100:7379
   slots: (0 slots) master
   replicates cdb8b1fe29feb9a564fbfed6599aa61dda250eb1
M: 1cf6ed9f8a5049513fb631e78207c7f0b1ba6674 172.16.1.100:7380
   slots: (0 slots) master
   replicates a188b59b30056f61c1cf55ff5072d60b6f8ce5d7
M: bc09734e243b9b2e9fe2f64c55aaf72073c6918b 172.16.1.100:7381
   slots: (0 slots) master
   replicates fada90b0520d5aa3305bc89651cc7bb5de9b2a16
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.

    检查一下cluster的状态：redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

9  接入cluster，并存入一个key/value (name/guo)

redis-cli -c -h 127.0.0.1 -p 6379

    注意：redis-cli在接入集群模式时，要使用-c参数  

        可以看到我在6379接入cluster中，并存入可一个name/guodalu键值对，但是cluster却把我保存的值定位到7380去了，而我使用6381接入cluster中后，再次获取name值时，会被自动的定位到7380上。我们来看看是我是怎么被定位到7380的。

        1 先计算guodalu的CRC16值是0xA36B，转化成10进制是41835

        2 41835对16384取模是9067，9067 slot是落在6380上的，而7380是6380的slave。

    下面我们把7380停止，可以看到再次检查cluster的时候，并不会报错。

    我们在6381上接入cluster，获取name

10  恢复7380，停止6380

        可以看到这时候check cluster的时候，会提示一个节点已经故障，我们这时候再尝试获取key

        可以看到还是可以获取到的。如果把6380和7380同时停止呢？

        如果cluster中的master和slave全部故障的话，则这部分数据还是不可用的。

11    在cluster中新增一个redis master节点

        启动redis 8379实例

./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-8379.conf

        然后把该实例加入cluster中：第一个参数是新加入的redis节点，第二个参数是cluster中的任何一个已有的节点

./redis-trib.rb add-node 127.0.0.1:8379 127.0.0.1:6379

    这时候检查一下cluster状态

./redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

        可以看到8379已经加入cluster中了，默认是以master加入cluster的，而且副本为1，但是这个新的master却没有被cluster分配slots，所以它里面是没有数据的，当有slave服务器要升级为master服务器时，它不能参与选举。这时候我们可以使用重新划分slots的特性给新加入的8379迁移其他节点上的slots，这个后面操作。

12    给8379添加一个slave节点

./redis-server /opt/redis-cluster/conf/redis-8380.conf
./redis-trib.rb add-node --slave --master-id 63ec1e7d57b3e19c6e1fa07768673001cfa0d30f 127.0.0.1:8380 127.0.0.1:6379
#或者
./redis-trib.rb add-node --slave 127.0.0.1:8380 127.0.0.1:6379

        第一个添加slvae的命令是直接指定把该节点作为哪个master的slave加入cluster，而第二个命令redis-trib 会添加该新节点作为一个具有较少副本的随机的主服务器的副本(在本环境中显然是8379的副本了)。

    再次检查cluster状态

./redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

        可以看到8379已经有一个slave了，但是它的slots还是0，因为我们一直没有给它迁移slots。

13  删除一个redis slave节点

    我们先删除8380 slave节点，第一个参数是cluster中的任意一个节点，第二个参数要删除的slave的ID

./redis-trib.rb del-node 172.16.1.100:6379 12decfd0d975ef0dcd151d0ff232da7a2269a1c2

        这时候再次检查cluster的状态

./redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

        注意，红框中的8379的副本又变为0了。

14  删除一个redis master节点

        删除master节点和删除slave节点操作一样，不过为了移除一个master节点，它必须是空的。如果master不是空的，你需要先将其数据重分片到其他的master节点。另一种移除master节点的方式，就是在其从服务器上执行一次手工故障转移，当它变为了新的master的slave以后将其移除。

        因为我们还没操作slots重新分配，就先不删除8379了。

15    cluster重新分片

        经过测试发现cluster的重新分片并不是在新的cluster内再次均匀的分配slots，而是需要是手动指定把哪个节点的多少slots迁移到另一个节点去.......

./redis-trib.rb reshard 127.0.0.1:6379

看看最终结果

        在经过我一番瞎迁移后，最终成为这样了。当然你也可以使用如下命令进行严格的迁移：

./redis-trib.rb reshard <host>:<port> --from <node-id> --to <node-id> --slots --yes

16  删除8379 master节点

        因为8379的slots都被我迁移到其他节点去了，而删除一个master节点需要该节点的数据为空

./redis-trib.rb del-node 127.0.0.1:6379 63ec1e7d57b3e19c6e1fa07768673001cfa0d30f

以上redis-trib的这些操作，在redis-cli中也是可以进行操作的：

 
CLUSTER INFO 打印集群的信息  
CLUSTER NODES 列出集群当前已知的所有节点（node），以及这些节点的相关信息。  
CLUSTER RESET  reset
CLUSTER SAVECONFIG  强制节点保存集群当前状态到磁盘上。
CLUSTER SLOTS 获得slot在节点上的映射关系
   
CLUSTER MEET <ip> <port> 将 ip 和 port 所指定的节点添加到集群当中，让它成为集群的一份子。  
CLUSTER FORGET <node_id> 从集群中移除 node_id 指定的节点。  
CLUSTER REPLICATE <node_id> 将当前节点设置为 node_id 指定的节点的从节点。    
CLUSTER SLAVES <node_id>  列出该slave节点的master节点
 
CLUSTER ADDSLOTS <slot> [slot ...] 将一个或多个槽（slot）指派（assign）给当前节点。  
CLUSTER DELSLOTS <slot> [slot ...] 移除一个或多个槽对当前节点的指派。  
CLUSTER FLUSHSLOTS 移除指派给当前节点的所有槽，让当前节点变成一个没有指派任何槽的节点。  
CLUSTER SETSLOT <slot> NODE <node_id> 将槽 slot 指派给 node_id 指定的节点，如果槽已经指派给另一个节点，那么先让另一个节点删除该槽>，然后再进行指派。  
CLUSTER SETSLOT <slot> MIGRATING <node_id> 将本节点的槽 slot 迁移到 node_id 指定的节点中。  
CLUSTER SETSLOT <slot> IMPORTING <node_id> 从 node_id 指定的节点中导入槽 slot 到本节点。  
CLUSTER SETSLOT <slot> STABLE 取消对槽 slot 的导入（import）或者迁移（migrate）。   
  
CLUSTER KEYSLOT <key> 计算键 key 应该被放置在哪个槽上。  
CLUSTER COUNTKEYSINSLOT <slot> 返回槽 slot 目前包含的键值对数量。  
CLUSTER GETKEYSINSLOT <slot> <count> 返回 count 个 slot 槽中的键

READONLY  在集群中的salve节点开启只读模式
READWRITE  禁止读取请求跳转到集群中的salve节点上

今天先看到这里.....