开发者社区> 梓杰> 正文

Redis Cluster集群的实现原理

简介: Redis Cluster 集群 原理 特性
+关注继续查看

一、 Redis Cluster架构

  Redis Cluster是Redis在3.0版本推出的分布式解决方案。Redis Cluster由多个Redis节点组成。不同节点之间数据无交集,每个节点对应多个数据分片。节点内部分为主备节点,通过主备复制的方式保证数据的一致性。一个主节点可以有多个从节点,主节点提供读写服务,从节点提供读服务。

1.1 内部通信机制

  Redis Cluster各节点之间通过Redis Cluster Bus交互信息。Redis Cluster每个节点都会记录集群的配置信息:如信息版本号Epoch、集群状态State等数据。
  Redis Cluster的每个节点都保存着Node视角的集群结构。它描述了数据的分片方式,节点主备关系,并通过Epoch作为版本号实现集群结构信息的一致性,同时控制着数据迁移和故障转移的过程。

1.2 Redis Cluster去中心化

  在Redis Cluster中,原则上每个主节点都有一个或多个Slave节点。集群中所有的Master节点都可以进行读写数据,不分主次。每个主节点与从节点间通过Goossip协议内部通信,异步复制。但是异步复制会导致某些特定情况下的数据丢失。所以,Redis Cluster不能保证数据的强一致性。
Redis Cluster设计的核心思想:数据拆分、去中心化。

二、 Redis Cluster数据分片

2.1 数据分片规则

  在分布式集群中,如何保证相同请求落到相同的机器上,并且后面的集群机器可以尽可能的均分请求,需要使用合理的策略,有两种传统的方法:
1、哈希算法:采用固定节点数量,当某一节点宕机,缓存重建。
2、一致性哈希算法:当某一结点宕机,只有此节点数据受影响。会将压力压到数据库。
  Redis Cluster使用的时hash slot算法通过采用固定节点数量和可配置映射节点,来避免取模的不灵活性和一致性哈希的部分影响。
  Redis Cluster将所有数据按照hash slot算法分布到16384[0-16383]个哈希槽上面,哈希槽分布在各节点上,各节点维护自己的哈希槽。

2.2 客户端路由

  当Client访问的Key不在当前节点的哈希槽中时,Redis Cluster会返回moved命令,并告知正确路由信息。当Client接收到moved命令时,会再次请求Redis并更新其内部路由缓存信息。
  当Redis Cluster在数据重新分布时,Redis Cluster会使用ask命令用于重定向。因为在数据重新分布时,某个哈希槽的数据可能同时存在于新旧两个节点。所以ask只会重定向,并不会更新路由信息。

2.3 数据分片迁移

  当有新主节点加入集群中、从集群中移除节点或者因数据分布不均衡时需要数据重新分布时,就需要对数据分片的迁移。数据迁移分为三个步骤:
1、向目标节点发送状态变更命令,将目标节点的对应哈希槽状态置为importing。
2、向源节点发送状态变更命令,将源节点对应的哈希槽状态置为migrating。
3、针对源节点上的哈希槽的所有key,向源节点发送migrate命令,告知源节点将对应的key迁移到目标节点。
  当源节点的状态置为migrating后。此时源节点提供的服务和通常状态下有所区别:
1、如果Client访问的key尚未迁出,则正常的处理该key;
2、如果key已经迁出或者key不存在,则回复Client ASK,信息让其跳转到目标节点处理;
  当目标节点状态变成importing后。表示对应的slot正在向目标节点迁入。目标节点和通常情况下有所区别:
1、对于该slot上所有非ask跳转的操作,目标节点不会进行操作,而是通过moved让Client跳转至源节点执行。这样就保证了同一个key在迁移之前总是在源节点执行。迁移后总是在目标节点执行,从而杜绝了双写的冲突。
2、迁移过程中,新增加的key会在目标节点执行,源节点不会新增key。使得迁移有界限,可以在某个确定的时刻结束。
  单个key的迁移过程可以通过原子化的migrate命令完成。对于源节点和目标节点的从节点,是通过主备复制,从而达到增删数据。当所有key迁移完成后,Client 通过Redis Cluster的setslot命令设置目标节点的分片信息,从而包含了迁入的slot。设置过程中会让Epoch自增,并且是Cluster中的最新值。然后通过相互感知,传播到Cluster 中的其他节点。

三、Redis Cluster故障转移

3.1 节点故障判断

  首先,在Redis Cluster中每个节点都存有集群中所有节点的信息。它们之间通过互相ping-pong判断节点是否可以连接。如果有一半以上的节点去ping一个节点的时候没有回应,集群就认为这个节点宕机。

3.2 slave选举

  当主节点被集群公认为fail状态,那么它的从节点就会发起竞选,如果存在多个从节点,数据越新的节点越有可能发起竞选。集群中其他主节点返回响应信息。

3.3 结构变更

  当竞选从节点收到过半主节点同意,便会成为新的主节点。此时会以最新的Epoch通过PONG消息广播,让Redis Cluster的其他节点尽快的更新集群信息。当原主节点恢复加入后会降级为从节点。

四、Redis Cluster高可用性

4.1 主节点保护

  当集群中某节点中的所有从实例宕机时,Redis Cluster会将其他节点的非唯一从实例进行副本迁移,成为此节点的从实例。
  这样集群中每个主节点至少有一个slave,使得Cluster 具有高可用。集群中只需要保持 2*master+1 个节点,就可以保持任一节点宕机时,故障转移后继续高可用。

4.2 集群fail条件

  Redis Cluster保证基本可用的特性,在达到一定条件时才会认定为fail:
1、某个主节点和所有从节点全部挂掉,则集群进入fail状态。
2、如果集群超过半数以上主节点挂掉,无论是否有从节点,集群进入fail状态。
3、如果集群任意主节点挂掉,且当前主节点没有从节点,集群进入fail状态。

五、总结

  Redis Cluster实现了在分布式环境下各节点之间自动分割数据集、多节点读写与高可用的能力!

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

相关文章
Redis Cluster集群应用与原理(上)
Redis Cluster集群应用与原理(上)
43 0
【搭建步骤】Redis 集群模式cluster配置及搭建
【搭建步骤】Redis 集群模式cluster配置及搭建
397 0
ACK正式支持对基于Alibaba Cloud Linux 2操作系统的集群进行CIS加固
目前越来越多的企业开始全面拥抱云原生,并充分利用云原生基础设施。云原生技术已经无处不在, 作为云原生服务的提供者,阿里云将会持续、高速发展云原生技术。而安全是云原生不可或缺的重要组成部分,Alibaba Cloud Linux 2 作为阿里云官方操作系统镜像和ACK的首选默认镜像, 提高Alibaba Cloud Linux 2的安全水位对于云原生非常重要。
335 0
使用容器编排工具docker swarm安装clickhouse多机集群
1.首先需要安装docker最新版,docker 目前自带swarm容器编排工具 2.选中一台机器作为master,执行命令sudo docker  swarm init [options] 3,再需要加入集群的集群上执行此命令   4.
3540 0
Redis Sentinel实现的机制与原理详解
序言 Redis-Sentinel是Redis官方推荐的高可用性(HA)解决方案。实际上这意味着你可以使用Sentinel模式创建一个可以不用人为干预而应对各种故障的Redis部署。 它的主要功能有以下几点 监控:Sentinel不断的检查master和slave是否正常的运行。
1129 0
+关注
梓杰
DBA
36
文章
0
问答
文章排行榜
最热
最新
相关电子书
更多
JS零基础入门教程(上册)
立即下载
性能优化方法论
立即下载
手把手学习日志服务SLS,云启实验室实战指南
立即下载