深入剖析Redis系列(三) - Redis集群模式搭建与原理详解

落日映苍穹つ 2022-04-11 14:55 264阅读 0赞

# 前言 #

在 `Redis 3.0` 之前，使用 **哨兵**（`sentinel`）机制来监控各个节点之间的状态。`Redis Cluster` 是 `Redis` 的 **分布式解决方案**，在 `3.0` 版本正式推出，有效地解决了 `Redis` 在 **分布式** 方面的需求。当遇到 **单机内存**、**并发**、**流量** 等瓶颈时，可以采用 `Cluster` 架构方案达到 **负载均衡** 的目的。

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本文将从 **集群方案**、**数据分布**、**搭建集群**、**节点通信**、**集群伸缩**、**请求路由**、**故障转移**、**集群运维** 等几个方面介绍 `Redis Cluster`。

# 正文 #

## 1. Redis集群方案 ##

`Redis Cluster` 集群模式通常具有 **高可用**、**可扩展性**、**分布式**、**容错** 等特性。`Redis` 分布式方案一般有两种：

### 1.1 客户端分区方案 ###

**客户端** 就已经决定数据会被 **存储** 到哪个 `redis` 节点或者从哪个 `redis` 节点 **读取数据**。其主要思想是采用 **哈希算法** 将 `Redis` 数据的 `key` 进行散列，通过 `hash` 函数，特定的 `key`会 **映射** 到特定的 `Redis` 节点上。

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**客户端分区方案** 的代表为 `Redis Sharding`，`Redis Sharding` 是 `Redis Cluster` 出来之前，业界普遍使用的 `Redis` **多实例集群** 方法。`Java` 的 `Redis` 客户端驱动库 `Jedis`，支持 `Redis Sharding` 功能，即 `ShardedJedis` 以及 **结合缓存池** 的 `ShardedJedisPool`。

*  **优点**

不使用 **第三方中间件**，**分区逻辑** 可控，**配置** 简单，节点之间无关联，容易 **线性扩展**，灵活性强。

*  **缺点**

**客户端** 无法 **动态增删** 服务节点，客户端需要自行维护 **分发逻辑**，客户端之间 **无连接共享**，会造成 **连接浪费**。

### 1.2. 代理分区方案 ###

**客户端** 发送请求到一个 **代理组件**，**代理** 解析 **客户端** 的数据，并将请求转发至正确的节点，最后将结果回复给客户端。

*  **优点**：简化 **客户端** 的分布式逻辑，**客户端** 透明接入，切换成本低，代理的 **转发** 和 **存储** 分离。
 *  **缺点**：多了一层 **代理层**，加重了 **架构部署复杂度** 和 **性能损耗**。

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**代理分区** 主流实现的有方案有 `Twemproxy` 和 `Codis`。

#### 1.2.1. Twemproxy ####

`Twemproxy` 也叫 `nutcraker`，是 `twitter` 开源的一个 `redis` 和 `memcache` 的 **中间代理服务器** 程序。`Twemproxy` 作为 **代理**，可接受来自多个程序的访问，按照 **路由规则**，转发给后台的各个 `Redis` 服务器，再原路返回。`Twemproxy` 存在 **单点故障** 问题，需要结合 `Lvs` 和 `Keepalived` 做 **高可用方案**。

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*  **优点**：应用范围广，稳定性较高，中间代理层 **高可用**。
 *  **缺点**：无法平滑地 **水平扩容/缩容**，无 **可视化管理界面**，运维不友好，出现故障，不能 **自动转移**。

#### 1.2.2. Codis ####

`Codis` 是一个 **分布式** `Redis` 解决方案，对于上层应用来说，连接 `Codis-Proxy` 和直接连接 **原生的** `Redis-Server` 没有的区别。`Codis` 底层会 **处理请求的转发**，不停机的进行 **数据迁移** 等工作。`Codis` 采用了无状态的 **代理层**，对于 **客户端** 来说，一切都是透明的。

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*  **优点**

实现了上层 `Proxy` 和底层 `Redis` 的 **高可用**，**数据分片** 和 **自动平衡**，提供 **命令行接口** 和 `RESTful API`，提供 **监控** 和 **管理** 界面，可以动态 **添加** 和 **删除** `Redis` 节点。

*  **缺点**

**部署架构** 和 **配置** 复杂，不支持 **跨机房** 和 **多租户**，不支持 **鉴权管理**。

### 1.3. 查询路由方案 ###

**客户端随机地** 请求任意一个 `Redis` 实例，然后由 `Redis` 将请求 **转发** 给 **正确** 的 `Redis` 节点。`Redis Cluster` 实现了一种 **混合形式** 的 **查询路由**，但并不是 **直接** 将请求从一个 `Redis` 节点 **转发** 到另一个 `Redis` 节点，而是在 **客户端** 的帮助下直接 **重定向**（ `redirected`）到正确的 `Redis` 节点。

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*  **优点**

**无中心节点**，数据按照 **槽** 存储分布在多个 `Redis` 实例上，可以平滑的进行节点 **扩容/缩容**，支持 **高可用** 和 **自动故障转移**，运维成本低。

*  **缺点**

严重依赖 `Redis-trib` 工具，缺乏 **监控管理**，需要依赖 `Smart Client` (**维护连接**，**缓存路由表**，`MultiOp` 和 `Pipeline` 支持)。`Failover` 节点的 **检测过慢**，不如 **中心节点** `ZooKeeper` 及时。`Gossip` 消息具有一定开销。无法根据统计区分 **冷热数据**。

## 2. 数据分布 ##

### 2.1. 数据分布理论 ###

**分布式数据库** 首先要解决把 **整个数据集** 按照 **分区规则** 映射到 **多个节点** 的问题，即把 **数据集** 划分到 **多个节点** 上，每个节点负责 **整体数据** 的一个 **子集**。

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数据分布通常有 **哈希分区** 和 **顺序分区** 两种方式，对比如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="text-align:left;">分区方式</th> 
   <th style="text-align:left;">特点</th> 
   <th style="text-align:left;">相关产品</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">哈希分区</td> 
   <td style="text-align:left;">离散程度好，数据分布与业务无关，无法顺序访问</td> 
   <td style="text-align:left;">Redis Cluster，Cassandra，Dynamo</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">顺序分区</td> 
   <td style="text-align:left;">离散程度易倾斜，数据分布与业务相关，可以顺序访问</td> 
   <td style="text-align:left;">BigTable，HBase，Hypertable</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

由于 `Redis Cluster` 采用 **哈希分区规则**，这里重点讨论 **哈希分区**。常见的 **哈希分区** 规则有几种，下面分别介绍：

#### 2.1.1. 节点取余分区 ####

使用特定的数据，如 `Redis` 的 **键** 或 **用户** `ID`，再根据 **节点数量** `N` 使用公式：`hash（key）% N` 计算出 **哈希值**，用来决定数据 **映射** 到哪一个节点上。

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*  **优点**

这种方式的突出优点是 **简单性**，常用于 **数据库** 的 **分库分表规则**。一般采用 **预分区** 的方式，提前根据 **数据量** 规划好 **分区数**，比如划分为 `512` 或 `1024` 张表，保证可支撑未来一段时间的 **数据容量**，再根据 **负载情况** 将 **表** 迁移到其他 **数据库** 中。扩容时通常采用 **翻倍扩容**，避免 **数据映射** 全部被 **打乱**，导致 **全量迁移** 的情况。

*  **缺点**

当 **节点数量** 变化时，如 **扩容** 或 **收缩** 节点，数据节点 **映射关系** 需要重新计算，会导致数据的 **重新迁移**。

#### 2.1.2. 一致性哈希分区 ####

**一致性哈希** 可以很好的解决 **稳定性问题**，可以将所有的 **存储节点** 排列在 **收尾相接** 的 `Hash` 环上，每个 `key` 在计算 `Hash` 后会 **顺时针** 找到 **临接** 的 **存储节点** 存放。而当有节点 **加入** 或 **退出** 时，仅影响该节点在 `Hash` 环上 **顺时针相邻** 的 **后续节点**。

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*  **优点**

**加入** 和 **删除** 节点只影响 **哈希环** 中 **顺时针方向** 的 **相邻的节点**，对其他节点无影响。

*  **缺点**

**加减节点** 会造成 **哈希环** 中部分数据 **无法命中**。当使用 **少量节点** 时，**节点变化** 将大范围影响 **哈希环** 中 **数据映射**，不适合 **少量数据节点** 的分布式方案。**普通** 的 **一致性哈希分区** 在增减节点时需要 **增加一倍** 或 **减去一半** 节点才能保证 **数据** 和 **负载的均衡**。

> **注意**：因为 **一致性哈希分区** 的这些缺点，一些分布式系统采用 **虚拟槽** 对 **一致性哈希** 进行改进，比如 `Dynamo` 系统。

#### 2.1.3. 虚拟槽分区 ####

**虚拟槽分区** 巧妙地使用了 **哈希空间**，使用 **分散度良好** 的 **哈希函数** 把所有数据 **映射** 到一个 **固定范围** 的 **整数集合** 中，整数定义为 **槽**（`slot`）。这个范围一般 **远远大于** 节点数，比如 `Redis Cluster` 槽范围是 `0 ~ 16383`。**槽** 是集群内 **数据管理** 和 **迁移** 的 **基本单位**。采用 **大范围槽** 的主要目的是为了方便 **数据拆分** 和 **集群扩展**。每个节点会负责 **一定数量的槽**，如图所示：

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当前集群有 `5` 个节点，每个节点平均大约负责 `3276` 个 **槽**。由于采用 **高质量** 的 **哈希算法**，每个槽所映射的数据通常比较 **均匀**，将数据平均划分到 `5` 个节点进行 **数据分区**。`Redis Cluster` 就是采用 **虚拟槽分区**。

*  **节点1**： 包含 `0` 到 `3276` 号哈希槽。
 *  **节点2**：包含 `3277` 到 `6553` 号哈希槽。
 *  **节点3**：包含 `6554` 到 `9830` 号哈希槽。
 *  **节点4**：包含 `9831` 到 `13107` 号哈希槽。
 *  **节点5**：包含 `13108` 到 `16383` 号哈希槽。

这种结构很容易 **添加** 或者 **删除** 节点。如果 **增加** 一个节点 `6`，就需要从节点 `1 ~ 5` 获得部分 **槽** 分配到节点 `6` 上。如果想 **移除** 节点 `1`，需要将节点 `1` 中的 **槽** 移到节点 `2 ~ 5` 上，然后将 **没有任何槽** 的节点 `1` 从集群中 **移除** 即可。

> 由于从一个节点将 **哈希槽** 移动到另一个节点并不会 **停止服务**，所以无论 **添加删除** 或者 **改变** 某个节点的 **哈希槽的数量** 都不会造成 **集群不可用** 的状态.

### 2.2. Redis的数据分区 ###

`Redis Cluster` 采用 **虚拟槽分区**，所有的 **键** 根据 **哈希函数** 映射到 `0~16383` 整数槽内，计算公式：`slot = CRC16（key）& 16383`。每个节点负责维护一部分槽以及槽所映射的 **键值数据**，如图所示：

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#### 2.2.1. Redis虚拟槽分区的特点 ####

*  解耦 **数据** 和 **节点** 之间的关系，简化了节点 **扩容** 和 **收缩** 难度。
 *  **节点自身** 维护槽的 **映射关系**，不需要 **客户端** 或者 **代理服务** 维护 **槽分区元数据**。
 *  支持 **节点**、**槽**、**键** 之间的 **映射查询**，用于 **数据路由**、**在线伸缩** 等场景。

### 2.3. Redis集群的功能限制 ###

`Redis` 集群相对 **单机** 在功能上存在一些限制，需要 **开发人员** 提前了解，在使用时做好规避。

*  `key` **批量操作** 支持有限。

类似 `mset`、`mget` 操作，目前只支持对具有相同 `slot` 值的 `key` 执行 **批量操作**。对于 **映射为不同** `slot` 值的 `key` 由于执行 `mget`、`mget` 等操作可能存在于多个节点上，因此不被支持。

*  `key` **事务操作** 支持有限。

只支持 **多** `key` 在 **同一节点上** 的 **事务操作**，当多个 `key` 分布在 **不同** 的节点上时 **无法** 使用事务功能。

*  `key` 作为 **数据分区** 的最小粒度

不能将一个 **大的键值** 对象如 `hash`、`list` 等映射到 **不同的节点**。

*  不支持 **多数据库空间**

**单机** 下的 `Redis` 可以支持 `16` 个数据库（`db0 ~ db15`），**集群模式** 下只能使用 **一个** 数据库空间，即 `db0`。

*  **复制结构** 只支持一层

**从节点** 只能复制 **主节点**，不支持 **嵌套树状复制** 结构。

## 3. Redis集群搭建 ##

`Redis-Cluster` 是 `Redis` 官方的一个 **高可用** 解决方案，`Cluster` 中的 `Redis` 共有 `2^14（16384）` 个 `slot` **槽**。创建 `Cluster` 后，**槽** 会 **平均分配** 到每个 `Redis` 节点上。

下面介绍一下本机启动 `6` 个 `Redis` 的 **集群服务**，并使用 `redis-trib.rb` 创建 **3主3从** 的 **集群**。搭建集群工作需要以下三个步骤：

### 3.1. 准备节点 ###

`Redis` 集群一般由 **多个节点** 组成，节点数量至少为 `6` 个，才能保证组成 **完整高可用** 的集群。每个节点需要 **开启配置** `cluster-enabled yes`，让 `Redis` 运行在 **集群模式** 下。

`Redis` 集群的节点规划如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="text-align:left;">节点名称</th> 
   <th style="text-align:left;">端口号</th> 
   <th style="text-align:left;">是主是从</th> 
   <th>所属主节点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">redis-6379</td> 
   <td style="text-align:left;">6379</td> 
   <td style="text-align:left;">主节点</td> 
   <td>---</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">redis-6389</td> 
   <td style="text-align:left;">6389</td> 
   <td style="text-align:left;">从节点</td> 
   <td>redis-6379</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">redis-6380</td> 
   <td style="text-align:left;">6380</td> 
   <td style="text-align:left;">主节点</td> 
   <td>---</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">redis-6390</td> 
   <td style="text-align:left;">6390</td> 
   <td style="text-align:left;">从节点</td> 
   <td>redis-6380</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">redis-6381</td> 
   <td style="text-align:left;">6381</td> 
   <td style="text-align:left;">主节点</td> 
   <td>---</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">redis-6391</td> 
   <td style="text-align:left;">6391</td> 
   <td style="text-align:left;">从节点</td> 
   <td>redis-6381</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

> **注意**：建议为集群内 **所有节点** 统一目录，一般划分三个目录：`conf`、`data`、`log`，分别存放 **配置**、**数据** 和 **日志** 相关文件。把 `6` 个节点配置统一放在 `conf` 目录下。

#### 3.1.1. 创建redis各实例目录 ####

$ sudo mkdir -p /usr/local/redis-cluster
    $ cd /usr/local/redis-cluster
    $ sudo mkdir conf data log
    $ sudo mkdir -p data/redis-6379 data/redis-6389 data/redis-6380 data/redis-6390 data/redis-6381 data/redis-6391

#### 3.1.2. redis配置文件管理 ####

根据以下 **模板** 配置各个实例的 `redis.conf`，以下只是搭建集群需要的 **基本配置**，可能需要根据实际情况做修改。

# redis后台运行
    daemonize yes
    # 绑定的主机端口
    bind 127.0.0.1
    # 数据存放目录
    dir /usr/local/redis-cluster/data/redis-6379
    # 进程文件
    pidfile /var/run/redis-cluster/${自定义}.pid
    # 日志文件
    logfile /usr/local/redis-cluster/log/${自定义}.log
    # 端口号
    port 6379
    # 开启集群模式，把注释#去掉
    cluster-enabled yes
    # 集群的配置，配置文件首次启动自动生成
    cluster-config-file /usr/local/redis-cluster/conf/${自定义}.conf
    # 请求超时，设置10秒
    cluster-node-timeout 10000
    # aof日志开启，有需要就开启，它会每次写操作都记录一条日志
    appendonly yes

*  **redis-6379.conf**

daemonize yes
    bind 127.0.0.1
    dir /usr/local/redis-cluster/data/redis-6379
    pidfile /var/run/redis-cluster/redis-6379.pid
    logfile /usr/local/redis-cluster/log/redis-6379.log
    port 6379
    cluster-enabled yes
    cluster-config-file /usr/local/redis-cluster/conf/node-6379.conf
    cluster-node-timeout 10000
    appendonly yes

*  **redis-6389.conf**

daemonize yes
    bind 127.0.0.1
    dir /usr/local/redis-cluster/data/redis-6389
    pidfile /var/run/redis-cluster/redis-6389.pid
    logfile /usr/local/redis-cluster/log/redis-6389.log
    port 6389
    cluster-enabled yes
    cluster-config-file /usr/local/redis-cluster/conf/node-6389.conf
    cluster-node-timeout 10000
    appendonly yes

*  **redis-6380.conf**

daemonize yes
    bind 127.0.0.1
    dir /usr/local/redis-cluster/data/redis-6380
    pidfile /var/run/redis-cluster/redis-6380.pid
    logfile /usr/local/redis-cluster/log/redis-6380.log
    port 6380
    cluster-enabled yes
    cluster-config-file /usr/local/redis-cluster/conf/node-6380.conf
    cluster-node-timeout 10000
    appendonly yes

*  **redis-6390.conf**

daemonize yes
    bind 127.0.0.1
    dir /usr/local/redis-cluster/data/redis-6390
    pidfile /var/run/redis-cluster/redis-6390.pid
    logfile /usr/local/redis-cluster/log/redis-6390.log
    port 6390
    cluster-enabled yes
    cluster-config-file /usr/local/redis-cluster/conf/node-6390.conf
    cluster-node-timeout 10000
    appendonly yes

*  **redis-6381.conf**

daemonize yes
    bind 127.0.0.1
    dir /usr/local/redis-cluster/data/redis-6381
    pidfile /var/run/redis-cluster/redis-6381.pid
    logfile /usr/local/redis-cluster/log/redis-6381.log
    port 6381
    cluster-enabled yes
    cluster-config-file /usr/local/redis-cluster/conf/node-6381.conf
    cluster-node-timeout 10000
    appendonly yes

*  **redis-6391.conf**

daemonize yes
    bind 127.0.0.1
    dir /usr/local/redis-cluster/data/redis-6391
    pidfile /var/run/redis-cluster/redis-6391.pid
    logfile /usr/local/redis-cluster/log/redis-6391.log
    port 6391
    cluster-enabled yes
    cluster-config-file /usr/local/redis-cluster/conf/node-6391.conf
    cluster-node-timeout 10000
    appendonly yes

### 3.2. 环境准备 ###

#### 3.2.1. 安装Ruby环境 ####

$ sudo brew install ruby

#### 3.2.2. 准备rubygem redis依赖 ####

$ sudo gem install redis
    Password:
    Fetching: redis-4.0.2.gem (100%)
    Successfully installed redis-4.0.2
    Parsing documentation for redis-4.0.2
    Installing ri documentation for redis-4.0.2
    Done installing documentation for redis after 1 seconds
    1 gem installed

#### 3.2.3. 拷贝redis-trib.rb到集群根目录 ####

`redis-trib.rb` 是 `redis` 官方推出的管理 `redis` **集群** 的工具，集成在 `redis` 的源码 `src` 目录下，将基于 `redis` 提供的 **集群命令** 封装成 **简单**、**便捷**、**实用** 的 **操作工具**。

$ sudo cp /usr/local/redis-4.0.11/src/redis-trib.rb /usr/local/redis-cluster

查看 `redis-trib.rb` 命令环境是否正确，输出如下：

$ ./redis-trib.rb 
    Usage: redis-trib <command> <options> <arguments ...>
    
      create          host1:port1 ... hostN:portN
                      --replicas <arg>
      check           host:port
      info            host:port
      fix             host:port
                      --timeout <arg>
      reshard         host:port
                      --from <arg>
                      --to <arg>
                      --slots <arg>
                      --yes
                      --timeout <arg>
                      --pipeline <arg>
      rebalance       host:port
                      --weight <arg>
                      --auto-weights
                      --use-empty-masters
                      --timeout <arg>
                      --simulate
                      --pipeline <arg>
                      --threshold <arg>
      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>
                      --copy
                      --replace
      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.

`redis-trib.rb` 是 `redis` 作者用 `ruby` 完成的。`redis-trib.rb` **命令行工具** 的具体功能如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th style="text-align:left;">命令</th> 
   <th style="text-align:left;">作用</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">create</td> 
   <td style="text-align:left;">创建集群</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">check</td> 
   <td style="text-align:left;">检查集群</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">info</td> 
   <td style="text-align:left;">查看集群信息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">fix</td> 
   <td style="text-align:left;">修复集群</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">reshard</td> 
   <td style="text-align:left;">在线迁移slot</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">rebalance</td> 
   <td style="text-align:left;">平衡集群节点slot数量</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">add-node</td> 
   <td style="text-align:left;">将新节点加入集群</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">del-node</td> 
   <td style="text-align:left;">从集群中删除节点</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">set-timeout</td> 
   <td style="text-align:left;">设置集群节点间心跳连接的超时时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">call</td> 
   <td style="text-align:left;">在集群全部节点上执行命令</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="text-align:left;">import</td> 
   <td style="text-align:left;">将外部redis数据导入集群</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

### 3.3. 安装集群 ###

#### 3.3.1. 启动redis服务节点 ####

运行如下命令启动 `6` 台 `redis` 节点：

sudo redis-server conf/redis-6379.conf
    sudo redis-server conf/redis-6389.conf
    sudo redis-server conf/redis-6380.conf
    sudo redis-server conf/redis-6390.conf
    sudo redis-server conf/redis-6381.conf
    sudo redis-server conf/redis-6391.conf

启动完成后，`redis` 以集群模式启动，查看各个 `redis` 节点的进程状态：

$ ps -ef | grep redis-server
        0  1908     1   0  4:59下午 ??         0:00.01 redis-server *:6379 [cluster] 
        0  1911     1   0  4:59下午 ??         0:00.01 redis-server *:6389 [cluster] 
        0  1914     1   0  4:59下午 ??         0:00.01 redis-server *:6380 [cluster] 
        0  1917     1   0  4:59下午 ??         0:00.01 redis-server *:6390 [cluster] 
        0  1920     1   0  4:59下午 ??         0:00.01 redis-server *:6381 [cluster] 
        0  1923     1   0  4:59下午 ??         0:00.01 redis-server *:6391 [cluster]

在每个 `redis` 节点的 `redis.conf` 文件中，我们都配置了 `cluster-config-file` 的文件路径，集群启动时，`conf` 目录会新生成 **集群** 节点配置文件。查看文件列表如下：

$ tree -L 3 .
    .
    ├── appendonly.aof
    ├── conf
    │   ├── node-6379.conf
    │   ├── node-6380.conf
    │   ├── node-6381.conf
    │   ├── node-6389.conf
    │   ├── node-6390.conf
    │   ├── node-6391.conf
    │   ├── redis-6379.conf
    │   ├── redis-6380.conf
    │   ├── redis-6381.conf
    │   ├── redis-6389.conf
    │   ├── redis-6390.conf
    │   └── redis-6391.conf
    ├── data
    │   ├── redis-6379
    │   ├── redis-6380
    │   ├── redis-6381
    │   ├── redis-6389
    │   ├── redis-6390
    │   └── redis-6391
    ├── log
    │   ├── redis-6379.log
    │   ├── redis-6380.log
    │   ├── redis-6381.log
    │   ├── redis-6389.log
    │   ├── redis-6390.log
    │   └── redis-6391.log
    └── redis-trib.rb
    
    9 directories, 20 files

#### 3.3.2. redis-trib关联集群节点 ####

按照 **从主到从** 的方式 **从左到右** 依次排列 `6` 个 `redis` 节点。

$ sudo ./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:6379 127.0.0.1:6380 127.0.0.1:6381 127.0.0.1:6389 127.0.0.1:6390 127.0.0.1:6391

集群创建后，`redis-trib` 会先将 `16384` 个 **哈希槽** 分配到 `3` 个 **主节点**，即 `redis-6379`，`redis-6380` 和 `redis-6381`。然后将各个 **从节点** 指向 **主节点**，进行 **数据同步**。

>>> Creating cluster
    >>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
    Using 3 masters:
    127.0.0.1:6379
    127.0.0.1:6380
    127.0.0.1:6381
    Adding replica 127.0.0.1:6390 to 127.0.0.1:6379
    Adding replica 127.0.0.1:6391 to 127.0.0.1:6380
    Adding replica 127.0.0.1:6389 to 127.0.0.1:6381
    >>> Trying to optimize slaves allocation for anti-affinity
    [WARNING] Some slaves are in the same host as their master
    M: ad4b9ffceba062492ed67ab336657426f55874b7 127.0.0.1:6379
       slots:0-5460 (5461 slots) master
    M: df23c6cad0654ba83f0422e352a81ecee822702e 127.0.0.1:6380
       slots:5461-10922 (5462 slots) master
    M: ab9da92d37125f24fe60f1f33688b4f8644612ee 127.0.0.1:6381
       slots:10923-16383 (5461 slots) master
    S: 25cfa11a2b4666021da5380ff332b80dbda97208 127.0.0.1:6389
       replicates ad4b9ffceba062492ed67ab336657426f55874b7
    S: 48e0a4b539867e01c66172415d94d748933be173 127.0.0.1:6390
       replicates df23c6cad0654ba83f0422e352a81ecee822702e
    S: d881142a8307f89ba51835734b27cb309a0fe855 127.0.0.1:6391
       replicates ab9da92d37125f24fe60f1f33688b4f8644612ee

然后输入 `yes`，`redis-trib.rb` 开始执行 **节点握手** 和 **槽分配** 操作，输出如下：

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 127.0.0.1:6379)
    M: ad4b9ffceba062492ed67ab336657426f55874b7 127.0.0.1:6379
       slots:0-5460 (5461 slots) master
       1 additional replica(s)
    M: ab9da92d37125f24fe60f1f33688b4f8644612ee 127.0.0.1:6381
       slots:10923-16383 (5461 slots) master
       1 additional replica(s)
    S: 48e0a4b539867e01c66172415d94d748933be173 127.0.0.1:6390
       slots: (0 slots) slave
       replicates df23c6cad0654ba83f0422e352a81ecee822702e
    S: d881142a8307f89ba51835734b27cb309a0fe855 127.0.0.1:6391
       slots: (0 slots) slave
       replicates ab9da92d37125f24fe60f1f33688b4f8644612ee
    M: df23c6cad0654ba83f0422e352a81ecee822702e 127.0.0.1:6380
       slots:5461-10922 (5462 slots) master
       1 additional replica(s)
    S: 25cfa11a2b4666021da5380ff332b80dbda97208 127.0.0.1:6389
       slots: (0 slots) slave
       replicates ad4b9ffceba062492ed67ab336657426f55874b7
    [OK] All nodes agree about slots configuration.
    >>> Check for open slots...
    >>> Check slots coverage...
    [OK] All 16384 slots covered.

执行 **集群检查**，检查各个 `redis` 节点占用的 **哈希槽**（`slot`）的个数以及 `slot` **覆盖率**。`16384` 个槽位中，**主节点** `redis-6379`、`redis-6380` 和 `redis-6381` 分别占用了 `5461`、`5461` 和 `5462` 个槽位。

#### 3.3.3. redis主节点的日志 ####

可以发现，通过 `BGSAVE` 命令，**从节点** `redis-6389` 在 **后台** 异步地从 **主节点** `redis-6379` 同步数据。

$ cat log/redis-6379.log 
    1907:C 05 Sep 16:59:52.960 # oO0OoO0OoO0Oo Redis is starting oO0OoO0OoO0Oo
    1907:C 05 Sep 16:59:52.961 # Redis version=4.0.11, bits=64, commit=00000000, modified=0, pid=1907, just started
    1907:C 05 Sep 16:59:52.961 # Configuration loaded
    1908:M 05 Sep 16:59:52.964 * Increased maximum number of open files to 10032 (it was originally set to 256).
    1908:M 05 Sep 16:59:52.965 * No cluster configuration found, I'm ad4b9ffceba062492ed67ab336657426f55874b7
    1908:M 05 Sep 16:59:52.967 * Running mode=cluster, port=6379.
    1908:M 05 Sep 16:59:52.967 # Server initialized
    1908:M 05 Sep 16:59:52.967 * Ready to accept connections
    1908:M 05 Sep 17:01:17.782 # configEpoch set to 1 via CLUSTER SET-CONFIG-EPOCH
    1908:M 05 Sep 17:01:17.812 # IP address for this node updated to 127.0.0.1
    1908:M 05 Sep 17:01:22.740 # Cluster state changed: ok
    1908:M 05 Sep 17:01:23.681 * Slave 127.0.0.1:6389 asks for synchronization
    1908:M 05 Sep 17:01:23.681 * Partial resynchronization not accepted: Replication ID mismatch (Slave asked for '4c5afe96cac51cde56039f96383ea7217ef2af41', my replication IDs are '037b661bf48c80c577d1fa937ba55367a3692921' and '0000000000000000000000000000000000000000')
    1908:M 05 Sep 17:01:23.681 * Starting BGSAVE for SYNC with target: disk
    1908:M 05 Sep 17:01:23.682 * Background saving started by pid 1952
    1952:C 05 Sep 17:01:23.683 * DB saved on disk
    1908:M 05 Sep 17:01:23.749 * Background saving terminated with success
    1908:M 05 Sep 17:01:23.752 * Synchronization with slave 127.0.0.1:6389 succeeded

#### 3.3.4. redis集群完整性检测 ####

使用 `redis-trib.rb check` 命令检测之前创建的 **两个集群** 是否成功，`check` 命令只需要给出集群中 **任意一个节点地址** 就可以完成 **整个集群** 的 **检查工作**，命令如下：

$ ./redis-trib.rb check 127.0.0.1:6379

当最后输出如下信息，提示集群 **所有的槽** 都已分配到节点：

[OK] All nodes agree about slots configuration.
    >>> Check for open slots...
    >>> Check slots coverage...
    [OK] All 16384 slots covered.

# 小结 #

本文介绍了 `Redis` **集群解决方案**，**数据分布** 和 **集群搭建**。集群方案包括 **客户端分区** 方案，**代理分区** 方案 和 **查询路由** 方案。**数据分布** 部分简单地对 **节点取余** 分区，**一致性哈希** 分区以及 **虚拟槽** 分区进行了阐述和对比。最后对使用 `Redis-trib` 搭建了一个 **三主三从** 的 **虚拟槽** 集群示例。

# 参考 #

《Redis 开发与运维》

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