【集群】Redis的哨兵模式和集群模式

哨兵模式

哨兵模式是redis高可用的实现方式之一
使用一个或者多个哨兵(Sentinel)实例组成的系统，对redis节点进行监控，在主节点出现故障的情况下，能将从节点中的一个升级为主节点，进行故障转义，保证系统的可用性。

哨兵们是怎么感知整个系统中的所有节点(主节点/从节点/哨兵节点)的

首先主节点的信息是配置在哨兵(Sentinel)的配置文件中
哨兵节点会和配置的主节点建立起两条连接命令连接和订阅连接
哨兵会通过命令连接每10s发送一次INFO命令，通过INFO命令，主节点会返回自己的run_id和自己的从节点信息
哨兵会对这些从节点也建立两条连接命令连接和订阅连接
哨兵通过命令连接向从节点发送INFO命令，获取到他的一些信息
a. run_id
b. role
c. 从服务器的复制偏移量 offset
d. 等
因为哨兵对与集群中的其他节点(主从节点)当前都有两条连接，命令连接和订阅连接
a. 通过命令连接向服务器的_sentinel:hello频道发送一条消息，内容包括自己的ip端口、run_id、配置纪元(后续投票的时候会用到)等
b. 通过订阅连接对服务器的_sentinel:hello频道做了监听，所以所有的向该频道发送的哨兵的消息都能被接受到
c. 解析监听到的消息，进行分析提取，就可以知道还有那些别的哨兵服务节点也在监听这些主从节点了，更新结构体将这些哨兵节点记录下来
d. 向观察到的其他的哨兵节点建立命令连接----没有订阅连接

哨兵模式下的故障迁移

主观下线

哨兵(Sentinel)节点会每秒一次的频率向建立了命令连接的实例发送PING命令，如果在down-after-milliseconds毫秒内没有做出有效响应包括(PONG/LOADING/MASTERDOWN)以外的响应，哨兵就会将该实例在本结构体中的状态标记为SRI_S_DOWN主观下线

客观下线

当一个哨兵节点发现主节点处于主观下线状态是，会向其他的哨兵节点发出询问，该节点是不是已经主观下线了。如果超过配置参数quorum个节点认为是主观下线时，该哨兵节点就会将自己维护的结构体中该主节点标记为SRI_O_DOWN客观下线
询问命令SENTINEL is-master-down-by-addr <ip> <port> <current_epoch> <run_id>

参数	意义
ip/port	当前认为下线的主节点的ip和端口
current_epoch	配置纪元
run_id	标识仅用于询问是否下线有值标识该哨兵节点希望对方将自己设置为leader `询问时用，选举时用run_id`

leader选举

在认为主节点客观下线的情况下,哨兵节点节点间会发起一次选举，命令还是上面的命令SENTINEL is-master-down-by-addr <ip> <port> <current_epoch> <run_id>,只是run_id这次会将自己的run_id带进去，希望接受者将自己设置为主节点。如果超过半数以上的节点返回将该节点标记为leader的情况下，会有该leader对故障进行迁移

故障迁移

在从节点中挑选出新的主节点
a. 通讯正常
b. 优先级排序
c. 优先级相同是选择offset最大的
将该节点设置成新的主节点 SLAVEOF no one,并确保在后续的INGO命令时，该节点返回状态为master
将其他的从节点设置成从新的主节点复制, SLAVEOF命令
将旧的主节点变成新的主节点的从节点

优缺点

优点
高可用，在主节点故障时能实现故障的转移
缺点：好像没办法做到水平拓展，如果内容很大的情况下

集群模式

官方提供的分布式方案(槽指派/重新分片/故障转移)
集群内的节点，都会有个数据结构存储整个集群内的节点信息

//整体

struct clusterState{

  clusterNode *mySelf;

  ....

  dict *nodes;  //集群内的所有节点

}

// 单个节点

struct clusterNode {

  char name[];

  char ip[];

  int port;

  clusterLink *link;  //保存节点间，连接的信息

  int flags;    //状态标记

}

//节点间连接的信息

struct clusterLink{

  mstime_t ctime;  //创建时间

  int fd; //tcp套接字描述符

  sds sndbuf;  // 输出缓存区

  sds rcvbuf;  //输入缓存区

  struct clusterNode *node;

}

槽指派

redis集群可以被分为16384个槽，只有这些槽全被指派了处理的节点的情况下，集群的状态才能是上线状态(ok)
操作redis集群的时候，将key作为参数，就可以计算出对应的处理槽上，所以存储等操作都应该在该槽对应的节点上。通过这种方式，可以完美的实现集群存储的水平拓展。

def slot_number(key):

  return CRC16(key) & 16383

//得到的结果就是槽的序号

槽指派的信息是怎么存储的

struct clusterState{

  clusterNode *slots[16384]

 }

struct clusterNode{

  unsigned char slots[16384/8]

}

通过上面两个结构体中的定义可以看出，槽指派的信息是分了两种方式，保存在结构体里面。

分两种存储的好处
1. 如果需要判断某一个节点负责的槽，只需要获取方式二中的数组做判断就可以
2.如果找某个槽是哪个节点负责，只需要获取方式一的列表，一查就知道

重新分片

将已经指派给节点的槽，重新执行新的节点。

故障转移

发现故障节点

集群内的节点会向其他节点发送PING命令，检查是否在线
如果未能在规定时间内做出PONG响应，则会把对应的节点标记为疑似下线
集群中一半以上负责处理槽的主节点都将主节点X标记为疑似下线的话，那么这个主节点X就会被认为是已下线
向集群广播主节点X已下线,大家收到消息后都会把自己维护的结构体里的主节点X标记为已下线

从节点选举

当从节点发现自己复制的主节点已下线了，会向集群里面广播一条消息，要求所有有投票权的节点给自己投票(所有负责处理槽的主节点都有投票权)
主节点会向第一个给他发选举消息的从节点回复支持
当支持数量超过N/2+1的情况下，该从节点当选新的主节点

故障的迁移

新当选的从节点执行 SLAVEOF no one,修改成主节点
新的主节点会撤销所有已下线的老的主节点的槽指派，指派给自己
新的主节点向集群发送命令，通知其他节点自己已经变成主节点了，负责哪些槽指派
新的主节点开始处理自己负责的槽的命令

集群模式和哨兵模式的区别

哨兵模式监控权交给了哨兵系统，集群模式中是工作节点自己做监控
哨兵模式发起选举是选举一个leader哨兵节点来处理故障转移，集群模式是在从节点中选举一个新的主节点，来处理故障的转移

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