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标题: Redis-06 Redis高可用集群架构原理与搭建 [打印本页]

作者: 汕尾海湾 时间: 2025-2-17 10:30
标题: Redis-06 Redis高可用集群架构原理与搭建
前面章节搭建了Redis【主-从】架构和【主-从】+ 哨兵架构，已可满意部分企业场景应用，但都有其对应的弊端，本章节将解说更优生产架构：Redis集群架构。不仅包含哨兵架构的自动推举功能，还能降低主从架构下主节点的单节点压力，且更易于拓展。
1，集群架构原理

Redis集群架构的架构图如下：

Redis集群是由多个【主-从】架构归并组成的分布式服务集群，将每个【主-从】设置为集群节点，使得集群架构具有复制、高可用、数据分片的特性。
数据分片原理

Redis集群的数据分片，是指将数据分散存储在多个节点上，以减轻单节点读写压力，提高数据存储能量条。Redis集群将数据存储位置为划分为16834个slots（槽位），编号是：0~16383。16384个槽位是官方根据性能评估出的最好结果，便于拓展，理论上可以更多。
每个集群中的节点【主-从】负责一部分槽位，数据存储时，通过对key做CRC16算法，结果再对16384取模，得出key的槽位值（HASH_SLOT = CRC16(key) mod 16384），再将【K-V】数据存储到对应槽位的节点上。如上图：集群共有三个节点，则第一节点master槽位：0~5460，第二个节点maseter槽位：5461~10922，第三个节点maseter槽位：10923~16383。当客户端连接集群时，会将集群各节点槽位信息缓存至客户端本地，提升定位节点效率。
跳转重定向：当集群节点数量发生变化，节点槽位也会发生变化，若客户端对错误节点发送操作指令时，节点会将该key对应槽位与自身负责槽位作对比，不在自身负责槽位范围内，节点会向客户端发送跳转指令，并携带目标节点地址。客户端收到指令后将向正确节点重发指令，并更新本地槽位缓存。
集群推举原理

集群里每个【主-从】架构中的Redis节点与其他【主-从】的节点相互之间都有通讯，通讯机制接纳的是gossip协议，保证通讯结果的最终一致性。需留意：当主节点宕机后，从节点的推举，只有从节点与其他【主-从】架构的“主”节点的通讯结果有效。推举步骤如下图：

1，主1宕机后，等待主2、主3与主1的下次通讯，确保主2、主3通过通讯失效判定主1宕机；
  2，从1-A、从1-B标记故障转移请求次数（currentEpoch = 1），然后向主2、主3发送故障转移请求，即请求本身升级为新的主节点（主4），如从1-A的1,2请求，从1-B的3,4请求；
  3，主2、主3收到升级请求后判断请求的正当性，正当后，只回复最先收到的升级请求，后来的升级请求不做回复；
  4，当从1-A 或从1-B收到超过主节点半数的同意升级请求的返回后，则升级为新的主节点。即假如从1-A收到主2、主3的同意返回，则从1-A升级为主节点（同理，从1-B升级为主节点）。
  留意：上图中总主节点数为3，假如从1-A、从1-B收到的同意请求返回数相同，即各自收到一条同意，则重新发起一次推举，即重复234步（故障转移请求次数 +1，发送请求，等待回复，判断结果数量，升级主节点）
    根据上述步骤可知，推举机制中的【过半判断】取决于集群中主节点数量，假如只有两个主节点，主1宕机后，从1-A、从1-B收到的ACK数量永远只能便是主节点总数量的一般，则永远无法升级为主节点，主1所在服务将不可用。故集群中Redis主节点至少需要三个，才可满意宕机推举的过半机制。
2，Redis集群搭建

根据前文推举原理可知，Redis集群至少需要三个节点，本章则搭建三个【主-从】节点的集群，共6个Redis服务。
        1，添加Redis节点设置文件

复制六份redis.conf文件，分别为redis-8000.conf, redis-8001.conf, redis-8002.conf, redis-8003.conf, redis-8004.conf, redis-8005.conf
   cp config/master-slave/redis-6379.conf config/cluster/redis-8000.conf
           2，修改设置文件

以redis-8000.conf举例，其余5个设置文件只需修改内容里的端口即可
  bind 0.0.0.0 // 不限IP
port 8000
  protected-mode no // 关闭IP保护模式，通过密码访问
daemonize yes // 后台运行

pidfile /var/run/redis_8000.pid
logfile "/opt/mydata/redis-5.0.0/logs/redis-cluster-8000.log"
dir /opt/mydata/redis-5.0.0/data/cluster/8000/ // 数据存储位

masterauth 123456 // 集群节点间访问密码
requirepass 123456 // Redis服务端访问密码

  // 恒久化设置
appendonly yes
appendfilename "appendonly.aof"
appendfsync everysec

  // 集群设置
cluster-enabled yes // 开启使用集群架构
cluster-config-file nodes-8000.conf // 记录集群节点信息文件
cluster-node-timeout 15000 //
          3，启动6个节点

src/redis-server config/cluster/redis-8000.conf

          4，设置主从和集群

         此时6个节点还没有主从关系，也没有建立起集群间的通讯，通过如下命令建立：
   src/redis-cli -a 123456 --cluster create 127.0.0.1:8000 127.0.0.1:8001 127.0.0.1:8002 127.0.0.1:8003 127.0.0.1:8004 127.0.0.1:8005 --cluster-replicas 1
  // -a password: 连接服务端密码
  // --cluster create: 创建集群命令。cluster create host1:port1...hostN:portN
  // --cluster-replicas N: N表现为每个master创建几个slave.本案例设置为1，布局为一主一从，则6/2，共有三个【主-从】布局。假如N=2，布局为一主两从，则6/3，共两个一主两从的布局。即Redis会根据背面的主机与N做适配。

    生产环境搭建时，至少需要三台Redis服务器，Redis会自动将主从非配在不同的机器上，以保证每个【主-从】架构至少有一个节点可正常访问。
    5，验证集群

   5.1，连接恣意一个客户端：
  src/redis-cli -a 123456 -c -h 127.0.0.1 -p 8000
// -a 访问服务端密码
  // -c 集群模式，访问的是集群的节点
  // -h 指定host
  // -p 指定端口
    5.2，验证： cluster info（检察集群信息）、cluster nodes（检察节点列表）

5.3，数据操作验证

    5.4，关闭集群需逐个举行关闭，使用命令：
  src/redis‐cli ‐a 123456 ‐c ‐h 127.0.0.1 ‐p 8000 shutdown


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