Redis集群安装之分片集群

超、凢脫俗 2024-03-16 10:04 79阅读 0赞

### 1.为什么使用分片集群 ###

主从和哨兵可以解决高可用、高并发读的问题。但是依然有两个问题没有解决：

*  海量数据存储问题
 *  高并发写的问题 哨兵模式本质是依旧是主从模式，在主从模式下我们可以增加`slave`节点来拓展读并发能力，但是没办法扩展写能力和存储能力。

使用分片集群可以解决上述问题，分片集群特征：

*  集群中有多个`master`，每个`master`保存不同数据。
 *  每个`master`都可以有多个`slave`节点。
 *  `master`之间通过`ping`监测彼此健康状态。
 *  客户端请求可以访问集群任意节点，最终都会被转发到正确节点。

### 2.分片集群介绍 ###

分片集群是将多个`Redis`主从结构联合起来，每个主从结构具有一个主实例和多个从实例。`Redis`的分片集群可以在数据量不断增大的情况下进行水平扩容，将键值放在指定的实例中，以此来降低系统对单主节点的依赖，从而提高`Redis`服务的读写性能。

![在这里插入图片描述][b55788ff0aef46c2916646785e3d2a84.png_pic_center]

### 3.散列插槽 ###

`Redis`会把每一个`master`节点映射到`0~16383`共`16384`个插槽(`hash slot`)上。哈希槽类似于数据分区，每个键值对都会根据它的`key`，被映射到一个哈希槽中，具体执行过程分为两大步：

*  根据键值对的`key`，按照`CRC16`算法计算一个`16bit`的值
 *  再用`16bit`值对`16384`取模，得到`0~16383`范围内的模数，每个模数代表一个相应编号的哈希槽 每个`Redis`节点负责处理一部分槽位，假如集群中有`master`节点`ABC`，每个节点负责的槽位范围如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th><code>master</code>节点</th> 
   <th>处理槽位</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><code>A</code></td> 
   <td>0-5460</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>B</code></td> 
   <td>5461-10922</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><code>C</code></td> 
   <td>10923-16383</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

![在这里插入图片描述][fe0cced5cb1541b1a90b44cbeccc6b3f.png_pic_center]

查看集群信息时就能看到：

注意：\*\*数据`key`不是与节点绑定，而是与插槽绑定。\*\*这样绑定的好处是，当集群发生扩容增加节点或者宕机减少了`master`节点，`Redis`能够更加方便的将插槽转移到仍然存活的节点上，数据跟随插槽转移，使得我们能够找到原本数据所在的位置。

`Redis`会根据`key`的有效部分计算插槽值，分两种情况：

*  `key`中包含"\{\}“，且”\{\}“中至少包含1个字符，”\{\}"中的部分是有效部分
 *  `key`中不包含"\{\}"，整个`key`都是有效部分

### 4.搭建分片集群 ###

#### 4.1.集群结构 ####

分片集群需要的节点数量较多，这里我们搭建一个最小的分片集群，包含3个`master`节点，每个`master`包含一个`slave`节点，结构如下：

![在这里插入图片描述][8e8d74371d744ba78a40c6f6c2371572.png_pic_center]

这里我们会在同一台虚拟机中开启6个`redis`实例，模拟分片集群，信息如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="center"><code>IP</code></th> 
   <th align="center">PORT</th> 
   <th align="center">角色</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="center">10.0.4.10</td> 
   <td align="center">7001</td> 
   <td align="center"><code>master</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">10.0.4.10</td> 
   <td align="center">7002</td> 
   <td align="center"><code>master</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">10.0.4.10</td> 
   <td align="center">7003</td> 
   <td align="center"><code>master</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">10.0.4.10</td> 
   <td align="center">8001</td> 
   <td align="center"><code>slave</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">10.0.4.10</td> 
   <td align="center">8002</td> 
   <td align="center"><code>slave</code></td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="center">10.0.4.10</td> 
   <td align="center">8003</td> 
   <td align="center"><code>slave</code></td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 4.2.准备实例和配置 ####

删除之前的7001、7002、7003这几个目录，重新创建出7001、7002、7003、8001、8002、8003目录：

# 进入/home/redis目录
    cd /home/redis
    # 删除旧的，避免配置干扰
    rm -rf 7001 7002 7003
    # 创建目录
    mkdir 7001 7002 7003 8001 8002 8003

在`/home/redis`下准备一个新的`redis.conf`文件，内容如下：

port 6379
    # 开启集群功能
    cluster-enabled yes
    # 集群的配置文件名称，不需要我们创建，由redis自己维护
    cluster-config-file /home/redis/6379/nodes.conf
    # 节点心跳失败的超时时间
    cluster-node-timeout 5000
    # 持久化文件存放目录
    dir /home/redis/6379
    # 绑定地址
    bind 0.0.0.0
    # 让redis后台运行
    daemonize yes
    # 注册的实例ip
    replica-announce-ip 10.0.4.10
    # 保护模式
    protected-mode no
    # 数据库数量
    databases 16
    # 日志
    logfile /home/redis/6379/run.log

将这个文件拷贝到每个目录下：

# 进入/home/redis
    cd /home/redis
    # 执行拷贝
    echo 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -t -n 1 cp redis.conf

修改每个目录下的`redis.conf`，将其中的6379修改为与所在目录一致：

# 进入/home/redis目录
    cd /home/redis
    # 修改配置文件
    printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t sed -i 's/6379/{}/g' {}/redis.conf

#### 4.3.启动 ####

因为已经配置了后台启动模式，所以可以直接启动服务：

# 进入/home/redis目录
    cd /home/redis
    # 一键启动所有服务
    printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-server {}/redis.conf

通过ps查看状态：

ps -ef | grep redis

发现服务都已经正常启动：

![在这里插入图片描述][5aec2d1fd9c64c84a6052630b0e96923.png_pic_center]

如果要关闭所有进程，可以执行命令：

ps -ef | grep redis | awk '{print $2}' | xargs kill

或者（推荐这种方式）：

printf '%s\n' 7001 7002 7003 8001 8002 8003 | xargs -I{} -t redis-cli -p {} shutdown

#### 4.4.创建集群 ####

虽然服务启动了，但是目前每个服务之间都是独立的，没有任何关联。

我们需要执行命令来创建集群，在`Redis5.0`之前创建集群比较麻烦，5.0之后集群管理命令都集成到了`redis-cli`中。

1）`Redis5.0`之前

`Redis5.0`之前集群命令都是用`redis`安装包下的`src/redis-trib.rb`来实现的。因为`redis-trib.rb`是有`ruby`语言编写的所以需要安装`ruby`环境。

# 安装依赖
    yum -y install zlib ruby rubygems
    gem install redis

然后通过命令来管理集群：

# 进入redis的src目录
    cd /home/redis/redis-6.2.4/src
    # 创建集群
    ./redis-trib.rb create --replicas 1 10.0.4.10:7001 10.0.4.10:7002 10.0.4.10:7003 10.0.4.10:8001 10.0.4.10:8002 10.0.4.10:8003

2）`Redis5.0`以后

我们使用的是`Redis6.2.4`版本，集群管理以及集成到了`redis-cli`中，格式如下：

redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1 10.0.4.10:7001 10.0.4.10:7002 10.0.4.10:7003 10.0.4.10:8001 10.0.4.10:8002 10.0.4.10:8003

命令说明：

*  `redis-cli --cluster`或者`./redis-trib.rb`：代表集群操作命令
 *  `create`：代表是创建集群
 *  `--replicas 1`或者`--cluster-replicas 1` ：指定集群中每个`master`的副本个数为1，此时`节点总数 ÷ (replicas + 1)` 得到的就是`master`的数量。因此节点列表中的前`n`个就是`master`，其它节点都是`slave`节点，随机分配到不同`master`

运行后的样子：

![在这里插入图片描述][946409d1954946cc9b962f853b9d5aae.png_pic_center]

这里询问是否按照上面列出的方式创建集群？如果没有问题，输入`yes`，则集群开始创建：

![在这里插入图片描述][dd6fb4c5a0bc4bd8be0a17de68a21af7.png_pic_center]

通过命令可以查看集群状态：

redis-cli -p 7001 cluster nodes

![在这里插入图片描述][81adf344a2a44048ae61a046f9f3bf5b.png_pic_center]

#### 4.5.测试 ####

尝试连接7001节点，存储一个数据：

# 连接
    redis-cli -p 7001
    # 存储数据
    set num 123
    # 读取数据
    get num
    # 再次存储
    set a 1

结果悲剧了：

![在这里插入图片描述][3f8f87c0b3574b3a9e71460ad5c700b0.png_pic_center]

集群操作时，需要给`redis-cli`加上`-c`参数才可以：

redis-cli -c -p 7001

这次可以了：

![在这里插入图片描述][5e723029124942f1a37430aaa5dcdf67.png_pic_center]

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