Redis集群研究和实践（基于redis 3.2.5）（一）

前言

Redis 是我们目前大规模使用的缓存中间件，由于它强大高效而又便捷的功能，得到广泛的使
用。
Redis在2015年发布了3.0.0，官方支持了redis cluster。至此结束了redis没有集群的时代，之
前使用的redis cluster 最多的是twitter发布的Twemproxy
还有就是豌豆荚开发的codis

1 redis cluster 理论知识

** Redis Cluster设计要点**
redis cluster在设计的时候，就考虑到了去中心化，去中间件，也就是说，集群中的每个节点
都是平等的关系，都是对等的，每个节点都保存各自的数据和整个集群的状态。每个节点都和
其他所有节点连接，而且这些连接保持活跃，这样就保证了我们只需要连接集群中的任意一个
节点，就可以获取到其他节点的数据。

那么redis 是如何合理分配这些节点和数据的呢？

Redis Cluster没有使用传统的一致性哈希来分配数据，而是采用另外一种叫
做 哈希槽(hash slot) 的方式来分配的。 redis cluster 默认分配了16384个 slot ，当我
们 set 一个 key 时，会采用 CRC16 算法来 取模 得到所属的 slot ，然后将这个 key 分到哈希槽
区间的节点上，具体算法就是： CRC16(key) % 16384 。
注意的是：必须要3个以上的主节点，否则创建集群时会失败。

所以，我们假设现在有3个节点已经部署成 redis cluster ，分别是：A,B,C三个节点，他们
可以是一台机器上的三个端口，也可以是三台不同的服务器，那么采用哈希槽 (hash slot) 的
方式来分配16384个slot，它们三个节点分别承担的 slot 区间是：
节点A覆盖0－5460;
节点B覆盖5461－10922;
节点C覆盖10923－16383.

那么，现在我想设置一个 key ,比如叫 my_name :

set my_name linux

按照 redis cluster 的哈希槽算法： CRC16(‘my_name’)%16384 = 2412 。 那么就会把这个
key 的存储分配到 A 上了。
同样，当连接(A,B,C)任何一个节点想获取 my_name 这个 key 时，也会这样的算法，然后内部
跳转到B节点上获取数据。
这种哈希槽的分配方式有好也有坏，好处就是很清晰，比如想新增一个节点
D， redis cluster 的这种做法是从各个节点的前面各拿取一部分 slot 到D上，会在接下来
的实践中实验。大致就会变成这样：
节点A覆盖1365-5460
节点B覆盖6827-10922
节点C覆盖12288-16383
节点D覆盖0-1364,5461-6826,10923-12287
同样删除一个节点也是类似，移动完成后就可以删除这个节点了。
所以redis cluster 就是这样的一个形状：

2 Redis Cluster主从模式

redis cluster 为了保证数据的高可用性，加入了主从模式，一个主节点对应一个或多个从
节点，主节点提供数据存取，从节点则是从主节点拉取数据备份，当这个主节点挂掉后，就会
有这个从节点选取一个来充当主节点，从而保证集群不会挂掉。

上面例子里, 集群有ABC三个主节点,如果这3个节点都没有加入从节点，如果B挂掉了，我们就
无法访问整个集群了。A和C的 slot 也无法访问。

所以在集群建立的时候，一定要为每个主节点都添加了从节点, 比如像这样, 集群包含主节点
A、B、C, 以及从节点A1、B1、C1, 那么即使B挂掉系统也可以继续正确工作。

B1节点替代了B节点，所以Redis集群将会选择B1节点作为新的主节点，集群将会继续正确地
提供服务。 当B重新开启后，它就会变成B1的从节点。

不过需要注意，如果节点B和B1同时挂了，Redis集群就无法继续正常的提供服务了。

3 redis cluster 实践

按照官方的教程，全程再演示一次，官方教程是在一台机器上启动6个节点，3个主，3个从
(http://redis.io/topics/cluster-tutorial)：
下载官方的redis 版本(3.2.5) :

wget http://download.redis.io/releases/redis-3.2.5.tar.gz

解压

[root@web3 ~]# tar zxvf redis-3.2.5.tar.gz

安装

[root@web3 ~]# cd redis-3.2.5
[root@web3 ~]# make && make install

将redis-trib.rb 复制到/usr/local/bin

[root@web3 redis-3.2.5]# cd src/
[root@web3 src]# cp redis-trib.rb /usr/local/bin

开始集群搭建

[root@web3 redis-3.2.5]# vi redis.conf
 #修改以下地方
port 7000
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

新建6个节点：

将redis.conf 分别拷贝到这6个文件夹中,并修改成对应的端口号

[root@web3 redis-3.2.5]# mkdir -p /usr/local/cluster-test
[root@web3 redis-3.2.5]# cd /usr/local/cluster-test/
[root@web3 cluster-test]# mkdir 7000
[root@web3 cluster-test]# mkdir 7001
[root@web3 cluster-test]# mkdir 7002
[root@web3 cluster-test]# mkdir 7003
[root@web3 cluster-test]# mkdir 7004
[root@web3 cluster-test]# mkdir 7005

拷贝配置文件

[root@web3 cluster-test]# cp /root/redis-3.2.5/redis.conf /usr/local/c
luster-test/7000
[root@web3 cluster-test]# cp /root/redis-3.2.5/redis.conf /usr/local/c
luster-test/7001
[root@web3 cluster-test]# cp /root/redis-3.2.5/redis.conf /usr/local/c
luster-test/7002
[root@web3 cluster-test]# cp /root/redis-3.2.5/redis.conf /usr/local/c
luster-test/7003
[root@web3 cluster-test]# cp /root/redis-3.2.5/redis.conf /usr/local/c
luster-test/7004
[root@web3 cluster-test]# cp /root/redis-3.2.5/redis.conf /usr/local/c
luster-test/7005

修改端口号

[root@web3 cluster-test]# sed -i "s/7000/7001/g"
/usr/local/cluster-test/7001/redis.conf
[root@web3 cluster-test]# sed -i "s/7000/7002/g"
/usr/local/cluster-test/7002/redis.conf
[root@web3 cluster-test]# sed -i "s/7000/7003/g"
/usr/local/cluster-test/7003/redis.conf
[root@web3 cluster-test]# sed -i "s/7000/7004/g"
/usr/local/cluster-test/7004/redis.conf
[root@web3 cluster-test]# sed -i "s/7000/7005/g"
/usr/local/cluster-test/7005/redis.conf

启动这6个节点

[root@web3 cluster-test]# cd /usr/local/cluster-test/7000/
[root@web3 7000]# redis-server redis.conf
[root@web3 7000]# cd ../7001
[root@web3 7001]# redis-server redis.conf
[root@web3 7001]# cd ../7002
[root@web3 7002]# redis-server redis.conf
[root@web3 7002]# cd ../7003
[root@web3 7003]# redis-server redis.conf
[root@web3 7003]# cd ../7004
[root@web3 7004]# redis-server redis.conf
[root@web3 7004]# cd ../7005
[root@web3 7005]# redis-server redis.conf
[root@web3 7005]#

查看6个节点的启动进程情况：

[root@web3 7005]# ps -ef|grep redis
root 11380 1 0 07:37 ? 00:00:00 redis-server *:7000
[cluster]
root 11384 1 0 07:37 ? 00:00:00 redis-server *:7001
[cluster]
root 11388 1 0 07:37 ? 00:00:00 redis-server *:7002
[cluster]
root 11392 1 0 07:37 ? 00:00:00 redis-server *:7003
[cluster]
root 11396 1 0 07:37 ? 00:00:00 redis-server *:7004
[cluster]
root 11400 1 0 07:37 ? 00:00:00 redis-server *:7005
[cluster]
root 11404 8259 0 07:38 pts/0 00:00:00 grep redis

将6个节点连在一起构成集群

需要用到的命令就是redis-trib.rb,这是官方的一个用ruby写的一个操作redis cluster的
命令，所以，你的机器上需要安装ruby。我们先试一下这个命令：

redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 127.0.0
.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005

因为我们要新建集群, 所以这里使用create命令. --replicas 1 参数表示为每个主节点创建
一个从节点. 其他参数是实例的地址集合。

[root@web3 7005]# yum install ruby ruby-devel rubygems rpm-build
[root@web3 7005]# gem install redis
Successfully installed redis-3.2.1
1 gem installed
Installing ri documentation for redis-3.2.1...
Installing RDoc documentation for redis-3.2.1...
[root@web3 7005]# redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7000
127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7
005
>>> Creating cluster
Connecting to node 127.0.0.1:7000: OK
Connecting to node 127.0.0.1:7001: OK
Connecting to node 127.0.0.1:7002: OK
Connecting to node 127.0.0.1:7003: OK
Connecting to node 127.0.0.1:7004: OK
Connecting to node 127.0.0.1:7005: OK
>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Using 3 masters:
127.0.0.1:7000
127.0.0.1:7001
127.0.0.1:7002
Adding replica 127.0.0.1:7003 to 127.0.0.1:7000
Adding replica 127.0.0.1:7004 to 127.0.0.1:7001
Adding replica 127.0.0.1:7005 to 127.0.0.1:7002
M: 3707debcbe7be66d4a1968eaf3a5ffaf4308efa4 127.0.0.1:7000
slots:0-5460 (5461 slots) master
M: cb5c04b6160c3b7e18cad5d49d8e2987b27e0d6c 127.0.0.1:7001
slots:5461-10922 (5462 slots) master
M: dfa0754c7854a874a6ebd2613b86140ad97701fc 127.0.0.1:7002
slots:10923-16383 (5461 slots) master
S: d2237fdcfbba672de766b913d1186cebcb6e1761 127.0.0.1:7003
replicates 3707debcbe7be66d4a1968eaf3a5ffaf4308efa4
S: 4b4aef8b48c427a3c903518339d53b6447c58b93 127.0.0.1:7004
replicates cb5c04b6160c3b7e18cad5d49d8e2987b27e0d6c
S: 30858dbf483b61b9838d5c1f853a60beaa4e7afd 127.0.0.1:7005
replicates dfa0754c7854a874a6ebd2613b86140ad97701fc
Can I set the above configuration? (type 'yes' to accept): yes
>>> 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 127.0.0.1:7000)
M: 3707debcbe7be66d4a1968eaf3a5ffaf4308efa4 127.0.0.1:7000
slots:0-5460 (5461 slots) master
M: cb5c04b6160c3b7e18cad5d49d8e2987b27e0d6c 127.0.0.1:7001
slots:5461-10922 (5462 slots) master
M: dfa0754c7854a874a6ebd2613b86140ad97701fc 127.0.0.1:7002
slots:10923-16383 (5461 slots) master
M: d2237fdcfbba672de766b913d1186cebcb6e1761 127.0.0.1:7003
slots: (0 slots) master
replicates 3707debcbe7be66d4a1968eaf3a5ffaf4308efa4
M: 4b4aef8b48c427a3c903518339d53b6447c58b93 127.0.0.1:7004
slots: (0 slots) master
replicates cb5c04b6160c3b7e18cad5d49d8e2987b27e0d6c
M: 30858dbf483b61b9838d5c1f853a60beaa4e7afd 127.0.0.1:7005
slots: (0 slots) master
replicates dfa0754c7854a874a6ebd2613b86140ad97701fc
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.

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