高性能网站架构设计之缓存---redis集群搭建

一、关于redis  cluster

集群技术是构建高性能网站架构的重要手段，在网站承受高并发访问压力的同时，还需要从海量数据中查询出满足条件的数据，并快速响应，我们必然想到的是将数据进行切片，把数据根据某种规则放入多个不同的服务器节点，来降低单节点服务器的压力。

我部署的redis集群主要是利用切片技术来组建的集群。

集群要实现的目的是要将不同的 key 分散放置到不同的 redis 节点，这里我们需要一个规则或者算法，通常的做法是获取 key 的哈希值，然后根据节点数来求模，但这种做法有其明显的弊端，当我们需要增加或减少一个节点时，会造成大量的 key 无法命中，这种比例是相当高的，所以就有人提出了一致性哈希的概念。

Redis 引入另一种哈希槽（hash slot）的概念。

Redis 集群中内置了 16384 个哈希槽，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，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。

使用哈希槽的好处就在于可以方便的添加或移除节点。

当需要增加节点时，只需要把其他节点的某些哈希槽挪到新节点就可以了；

当需要移除节点时，只需要把移除节点上的哈希槽挪到其他节点就行了；

1，redis cluster的现状

目前redis支持的cluster特性:

1):节点自动发现

2):slave->master 选举,集群容错

3):Hot resharding:在线分片

4):进群管理:cluster xxx

5):基于配置(nodes-port.conf)的集群管理

6):ASK 转向/MOVED 转向机制.

2，redis cluster 架构

架构细节:

(1)所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽.

(2)节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效.

(3)客户端与redis节点直连,不需要中间proxy层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可

(4)redis-cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上,cluster 负责维护node<->slot<->value

3，redis-cluster选举:容错

(1)领着选举过程是集群中所有master参与,如果半数以上master节点与master节点通信超过(cluster-node-timeout),认为当前master节点挂掉.

(2):什么时候整个集群不可用(cluster_state:fail),当集群不可用时,所有对集群的操作做都不可用，收到((error) CLUSTERDOWN The cluster is down)错误

    a:如果集群任意master挂掉,且当前master没有slave.集群进入fail状态,也可以理解成进群的slot映射[0-16383]不完成时进入fail状态.

    b:如果进群超过半数以上master挂掉，无论是否有slave集群进入fail状态.

二、redis  cluster搭建

1，安装redis-cluster依赖

（1）确保系统安装zlib,否则gem install会报(no such file to load -- zlib)

（2）安装ruby

  yum install  �Cy ruby ruby-rdoc ruby-rvm

  yum erase ruby ruby-libs ruby-mode ruby-rdoc ruby-irb ruby-ri ruby-docs

（3）安装rubygem

  yum install rubygems 或

1. # rubygems-1.8.16.tgz  

2. cd /path/gem  

3. sudo ruby setup.rb  

4. sudo cp bin/gem /usr/local/bin

 （4）安装gem-redis

  gem install redis --version 3.0.0

   #由于源的原因，可能下载失败，就手动下载下来安装  

   #download地址:http://rubygems.org/gems/redis/versions/3.0.0   

  gem install -l /data/soft/redis-3.0.0.gem  

2，安装redis-cluster

1. cd /path/redis  

2. make  

3. sudo cp redis-server /usr/local/bin  

4. sudo cp redis-cli /usr/local/bin  

5. sudo cp redis-trib.rb /usr/local/bin  

3，配置redis-cluster

(1) 配置redis文件结构

使用包含(include)把通用配置和特殊配置分离,方便维护.

（2）redis通用配置

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#GENERAL 
daemonize yes
tcp-backlog 511 
timeout 0 
tcp-keepalive 0 
loglevel notice 
databases 16 
dir /data/webserver/redis/data 
slave-serve-stale-data yes 
#slave只读 
slave-read-only yes 
#not use default 
repl-disable-tcp-nodelay yes 
slave-priority 100 
#打开aof持久化 
appendonly yes 
#每秒一次aof写 
appendfsync everysec 
#关闭在aof rewrite的时候对新的写操作进行fsync 
no-appendfsync-on-rewrite yes 
auto-aof-rewrite-min-size 64mb 
lua-time-limit 5000 
#打开redis集群 
cluster-enabled yes 
#节点互连超时的阀值 
cluster-node-timeout 15000 
cluster-migration-barrier 1 
slowlog-log-slower-than 10000 
slowlog-max-len 128 
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 
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

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（3）redis特殊配置

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#包含通用配置 
include /data/webserver/redis/conf/redis-common.conf 
#日志PID
logfile /data/webserver/redis/logs/redis_6380.log
pidfile /data/webserver/redis/pids/redis_6380.pid
#监听tcp端口 
port 6380
bind 10.161.180.111
#最大可用内存 
maxmemory 2G 
#内存耗尽时采用的淘汰策略: 
# volatile-lru -> remove the key with an expire set using an LRU algorithm 
# allkeys-lru -> remove any key accordingly to the LRU algorithm 
# volatile-random -> remove a random key with an expire set 
# allkeys-random -> remove a random key, any key 
# volatile-ttl -> remove the key with the nearest expire time (minor TTL) 
# noeviction -> don't expire at all, just return an error on write operations 
maxmemory-policy allkeys-lru 
#aof存储文件 
appendfilename "appendonly-6380.aof" 
#rdb文件,只用于动态添加slave过程 
dbfilename dump-6380.rdb 
#cluster配置文件(启动自动生成) 
cluster-config-file nodes-6380.conf 
#部署在同一机器的redis实例，把<span style="font-size: 1em; line-height: 1.5;">auto-aof-rewrite搓开，防止瞬间fork所有redis进程做rewrite,占用大量内存</span> 
auto-aof-rewrite-percentage 80-100

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因为我们要启动多个 redis 实例，虽然可以直接通过命令行来启动，但始终是不怎么方便的，所以我们按端口号分别建立实例目录，在实例目录里面创建redis特殊配置文件

（4）初始化并构建集群

分别启动实例，./redis-server ./6380/redis-6380.conf

使用自带的ruby工具(redis-trib.rb)构建集群   redis-trib.rb create --replicas 0 10.161.180.111:6380 10.161.180.111:6381 10.161.180.111:6382

需要注意的是执行 redis-trib.rb 命令需要 ruby 的支持，如果你没有安装可以先到 https://rubygems.org/gems/redis 下载，然后离线安装。

sudo gem install redis-3.0.7.gem --local

检查集群状态

1. #redis-trib.rb的check子命令构建  

2. #ip:port可以是集群的任意节点  

3. redis-trib.rb check 10.161.180.111 :6380

最后输出如下信息,没有任何警告或错误，表示集群启动成功并处于ok状态

1. [OK] All nodes agree about slots configuration.  

2. >>> Check for open slots...  

3. >>> Check slots coverage...  

4. [OK] All 16384 slots covered.

下面我们用 redis 自带的客户端测试一下：

可以看到，虽然我们第一次连接的是6380端口，当我们去获取 testkey001 的时候，redis cluster 自动帮我们重定向到 6382 。

当我们在 6382设置 testkey002 时，redis cluster 又重定向到 6380 。总的来说， redis 集群部署起来还是非常方便的.

（5）添加新master节点

redis-trib.rb add-node 10.168.228.78:6383 10.161.180.111:6380

add-node  将一个节点添加到集群里面， 第一个是新节点ip:port, 第二个是任意一个已存在节点ip:port

检查一下新节点是否已经加入：

node:新节点没有包含任何数据， 因为它没有包含任何slot。新加入的节点是一个主节点， 当集群需要将某个从节点升级为新的主节点时， 这个新节点不会被选中。

因此需要为新节点分配slot

1. redis-trib.rb reshard 10.161.180.111:6383  

2. #根据提示选择要迁移的slot数量(ps:这里选择500)  

3. How many slots do you want to move (from 1 to 16384)? 500  

4. #选择要接受这些slot的node-id  

5. What is the receiving node ID? f51e26b5d5ff74f85341f06f28f125b7254e61bf  

6. #选择slot来源:  

7. #all表示从所有的master重新分配，  

8. #或者数据要提取slot的master节点id,最后用done结束  

9. Please enter all the source node IDs.  

10.   Type 'all' to use all the nodes as source nodes for the hash slots.  

11.   Type 'done' once you entered all the source nodes IDs.  

12. Source node #1:all  

13. #打印被移动的slot后，输入yes开始移动slot以及对应的数据.  

14. #Do you want to proceed with the proposed reshard plan (yes/no)? yes  

15. #结束  

（6）添加新的slave节点

redis-cli连接上新节点shell,输入命令:cluster replicate 对应master的node-id

或者执行redis-trib.rb命令，如下：

redis-trib.rb add-node --slave 10.168.228.78:7382 10.161.180.111:6382

（7）在线reshard 数据

对于负载/数据均匀的情况，可以在线reshard slot来解决,方法与添加新master的reshard一样，只是需要reshard的master节点是老节点.

redis-trib.rb reshard 10.161.180.111:6380

（8）删除节点

删除一个slave节点：

1. #redis-trib del-node ip:port '<node-id>'  

2. redis-trib.rb del-node 10.168.228.78:7386 'c7ee2fca17cb79fe3c9822ced1d4f6c5e169e378'  

删除一个master节点：

删除master节点之前首先要使用reshard移除master的全部slot,然后再删除当前节点(目前只能把被删除master的slot迁移到一个节点上)

1. #把10.161.180.111:6383当前master迁移到10.161.180.111:6380上  

2. redis-trib.rb reshard 10.161.180.111:6383  

3. #根据提示选择要迁移的slot数量(ps:这里选择500)  

4. How many slots do you want to move (from 1 to 16384)? 500(被删除master的所有slot数量)  

5. #选择要接受这些slot的node-id(10.161.180.111:6380)  

6. What is the receiving node ID? c4a31c852f81686f6ed8bcd6d1b13accdc947fd2 (ps:10.161.180.111:6380的node-id)  

7. Please enter all the source node IDs.  

8.   Type 'all' to use all the nodes as source nodes for the hash slots.  

9.   Type 'done' once you entered all the source nodes IDs.  

10. Source node #1:f51e26b5d5ff74f85341f06f28f125b7254e61bf(被删除master的node-id)  

11. Source node #2:done  

12. #打印被移动的slot后，输入yes开始移动slot以及对应的数据.  

13. #Do you want to proceed with the proposed reshard plan (yes/no)? yes

删除空master节点：

redis-trib.rb del-node 10.161.180.111:6383 'f51e26b5d5ff74f85341f06f28f125b7254e61bf'

目前c#客户端还不能很好的支持 redis 集群，下一篇将介绍如何使用代理来实现 redis 集群。