Redis Cluster集群的搭建与测试

一、前言

redis最初使用主从模式作集群，但是这种模式master宕机后需要手动配置将slave转成master；后来为了高可用，提出了哨兵模式，该模式有哨兵角色监视master和slave，若master宕机，可以自动将slave转换成master，但哨兵模式也有不足：1.不能动态扩充；2.仍然不能支持并发量特别大的场景。所以redis3.x提出来了cluster集群模式。

二、redis-cluster设计

Redis-Cluster采用无中心结构，每个节点报存数据和集群状态，每个节点和其他节点连接。

其结构特点：

所有redis节点彼此互联（ping-pong机制），内部使用二进制协议优化传播速度和带宽。
节点fail是通过集群中超半数的节点检测失效才失效。
客户端与redis节点直连，不需要中间的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。
redis-cluster把所有的物理的节点映射到[0-16383]slot上（不一定是平均分配），cluster负责维护node<->slot<->value。
Redis集群预分好16384个桶，当需要在集群放置key-value时，根据CRC16(key) mod 16384的值，决定将一个key放到哪个桶中。

a.redis cluster节点分配
现在我们是三个主节点分别是：A, B, C 三个节点，它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 的话，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.

获取数据:
如果存入一个值，按照redis cluster哈希槽的算法： CRC16('key')384 = 6782。那么就会把这个key 的存储分配到 B 上了。同样，当我连接(A,B,C)任何一个节点想获取'key'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

新增一个主节点:
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，我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。

b.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，一个主节点对应多个从节点，主节点提供数据存取，从节点从主节点拉取数据，当主节点挂掉以后，就会由从节点替换主节点，保证集群不会挂掉。

上面那个例子里, 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。

所以我们在集群建立的时候，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集群就无法继续正确地提供服务了。

三、redis集群的搭建

集群中至少应该有奇数个节点，所以至少有三个节点，每个节点至少有一个备份节点，所以下面使用6节点（主节点、备份节点由redis-cluster集群确定）。

3.1 安装redis节点，与设置端口

（1）Redis集群最少需要6个节点，可以分布在一台或者多台主机上。

本教案在一台主机上创建伪分布式集群（实际主从节点不应该在一台服务器上），不同的端口表示不同的redis节点，如下：

主节点：127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002
从节点：127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005

a.创建redis-cluster目录，解压redis压缩包，编译安装

b.在redis-cluster目录创建如下目录：

7000 7001 7002 7003 7004 7005六个目录（再次提醒，这是将集群部署在同一台机器的伪集群，实际生产中主从不应该在一台机器上），bin，data目录

c.将redis解压后的src目录下的这这些文件复制到redis-cluster/bin目录下，后面的命令执行都在这个目录下操作：

（2）在7000中创建配置文件7000.conf（7001、7002、7003、7004、7005除端口外同样的配置），内容如下：

#后台启动
daemonize yes
#修改端口号，从7001到7006
port 7000
#开启cluster，去掉注释
cluster-enabled yes
#自动生成
#节点通信时间
cluster-config-file nodes_7000.conf
cluster-node-timeout 15000
#持久化方式
appendonly yes
pidfile /var/run/redis_7000.pid
logfile "/usr/local/redis-cluster/7000/log/redis_7000.log"

protected-mode no
#requirepass "123456"
#bind 47.110.12.102

为什么注释掉了requirepass和bind，后面会有解释

3.2 安装redis-trib所需的 ruby脚本

注意：centos7默认的ruby版本太低(2.0)，要卸载重装(最低2.2)

a.所以我们先要升级ruby，请参考CentOS7如何升级ruby版本。

b.复制redis解压文件src下的redis-trib.rb文件到redis-cluster目录并安装gem：

gem install redis-4.1.0.gem

若不想安装src目录下的gem，也可以直接gem install redis。

注意，gem install可能会报错
Unable to require openssl,install OpenSSL and rebuild ruby (preferred) or use ....
解决步骤：

yum install openssl-devel -y
在ruby安装包/root/ruby-x.x.x/ext/openssl，执行ruby ./extconf.rb
执行make,若出现make: *** No rule to make target /include/ruby.h', needed byossl.o'. Stop.;在Makefile顶部中的增加top_srcdir = ../..
执行make install

3.3.启动所有的redis节点

可以写一个命令脚本start-all.sh:

cd 7000
../bin/redis-server 7000.conf
cd ../
cd 7001
../bin/redis-server 7001.conf
cd ../
cd 7002
../bin/redis-server 7002.conf
cd ../
cd 7003
../bin/redis-server 7003.conf
cd ../
cd 7004
../bin/redis-server 7004.conf
cd ../
cd 7005
../bin/redis-server 7005.conf

设置权限启动

[root@localhost redis-cluster]# chmod 777 start-all.sh 
[root@localhost redis-cluster]# ./start-all.sh

查看redis进程启动状态

[root@localhost redis-4.0.2]# ps -ef|grep cluster
root      54956      1  0 19:17 ?        00:00:00 redis-server *:7000 [cluster]
root      54961      1  0 19:17 ?        00:00:00 redis-server *:7001 [cluster]
root      54966      1  0 19:17 ?        00:00:00 redis-server *:7002 [cluster]
root      54971      1  0 19:17 ?        00:00:00 redis-server *:7003 [cluster]
root      54976      1  0 19:17 ?        00:00:00 redis-server *:7004 [cluster]
root      54981      1  0 19:17 ?        00:00:00 redis-server *:7005 [cluster]
root      55071  24089  0 19:24 pts/0    00:00:00 grep --color=auto cluster

可以看到redis的6个节点已经启动成功
注意：这里并没有创建集群

四、使用redis-trib.rb创建集群

注意：redis-trib.rb在redis/src目录下。

创建集群命令如下:

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

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。

创建集群成功：

[root@iZbp1i9fu1a7yjd42innezZ bin]# ./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
>>> Creating cluster
>>> 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: 2f57fb639b0006b5109d3449b0b3391af47f8bbf 127.0.0.1:7000
   slots:0-5460 (5461 slots) master
M: b55f678ec274486abab3e5e5881fd04facf44f81 127.0.0.1:7001
   slots:5461-10922 (5462 slots) master
M: af1b42f67700fe366ae8b49634241a7ff603f85e 127.0.0.1:7002
   slots:10923-16383 (5461 slots) master
S: 837c2d4c5995142b89b0bb3cd787df2ee67c7390 127.0.0.1:7003
   replicates 2f57fb639b0006b5109d3449b0b3391af47f8bbf
S: d6b2f6724df78a9bbb70f3fc036650bafafcae9f 127.0.0.1:7004
   replicates b55f678ec274486abab3e5e5881fd04facf44f81
S: c6676101561bcf9581c8d63e324af2fc8581c101 127.0.0.1:7005
   replicates af1b42f67700fe366ae8b49634241a7ff603f85e
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: 2f57fb639b0006b5109d3449b0b3391af47f8bbf 127.0.0.1:7000
   slots:0-5460 (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
S: 837c2d4c5995142b89b0bb3cd787df2ee67c7390 127.0.0.1:7003
   slots: (0 slots) slave
   replicates 2f57fb639b0006b5109d3449b0b3391af47f8bbf
S: c6676101561bcf9581c8d63e324af2fc8581c101 127.0.0.1:7005
   slots: (0 slots) slave
   replicates af1b42f67700fe366ae8b49634241a7ff603f85e
S: d6b2f6724df78a9bbb70f3fc036650bafafcae9f 127.0.0.1:7004
   slots: (0 slots) slave
   replicates b55f678ec274486abab3e5e5881fd04facf44f81
M: af1b42f67700fe366ae8b49634241a7ff603f85e 127.0.0.1:7002
   slots:10923-16383 (5461 slots) master
   1 additional replica(s)
M: b55f678ec274486abab3e5e5881fd04facf44f81 127.0.0.1:7001
   slots:5461-10922 (5462 slots) master
   1 additional replica(s)
[OK] All nodes agree about slots configuration.
>>> Check for open slots...
>>> Check slots coverage...
[OK] All 16384 slots covered.

从上面可以看出：

master节点为:127.0.0.1:7000（槽为0-5460），127.0.0.1:7001（槽为5461-10922），127.0.0.1:7002（槽为10923-16383）
127.0.0.1:7003为127.0.0.1:7000的从节点，127.0.0.1:7004为127.0.0.1:7001的从节点，127.0.0.1:7003为127.0.0.1:7005的从节点。