分布式缓存 Redis 集群搭建深度剖析讲解，这里一次性帮你搞定!
mhr18 2024-11-04 12:46 25 浏览 0 评论
Redis 集群简介
Redis Cluster 即 Redis 集群，是 Redis 官方在 3.0 版本推出的一套分布式存储方案。完全去中心化，由多个节点组成，所有节点彼此互联。Redis 客户端可以直接连接任何一节点获取集群中的键值对，不需要中间代理，如果该节点不存在用户所指定的键值，其内部会自动把客户端重定向到键值所在的节点。
Redis 集群是一个网状结构，每个节点都通过 TCP 连接跟其他每个节点连接。在一个有 N 个节点的集群中，每个节点都有 N-1 个流出的 TCP 连接，和 N-1 个流入的连接，这些 TCP 连接会永久保持。
Redis Cluster 同其他分布式存储系统一样，主要具备以下两个功能：
数据分区
Redis 集群会将用户数据分散保存至各个节点中，突破单机 Redis 内存最大存储容量。集群引入了 哈希槽slot的概念，其搭建完成后会生 16384 个哈希槽slot，同时会根据节点的数量大致均等的将 16384 个哈希槽映射到不同的节点上。当用户存储key-value时，集群会先对key进行 CRC16 校验然后对 16384 取模来决定key-value放置哪个槽，从而实现自动分割数据到不同的节点上。
数据冗余
Redis 集群支持主从复制和故障恢复。集群使用了主从复制模型，每个主节点master应至少有一个从节点slave。假设某个主节点故障，其所有子节点会广播一个数据包给集群里的其他主节点来请求选票，一旦某个从节点收到了大多数主节点的回应，那么它就赢得了选举，被推选为主节点，负责处理之前旧的主节点负责的哈希槽。
关于 Redis Cluster 详细介绍以及实现原理请参见 Redis Cluster 教程 和 Redis Cluster 规范，在此不再赘述。https://redis.io/topics/cluster-tutorialhttps://redis.io/topics/cluster-spec
下载 & 安装 Redis
实验环境信息
Linux 版本：CentOS Linux release 7.4.1708Redis 版本：5.0.3
先在服务器或虚拟机中安装一个单机 Redis，如果已安装可以跳过本节，未安装过的正好学习下。
进入 Redis 待安装目录。
cd /usr/local下载、解压 Redis 源代码压缩包。
wget http://download.redis.io/releases/redis-5.0.3.tar.gz
tar -zxvf redis-5.0.3.tar.gz然后进入解压后的目录并使用 make 命令执行编译安装 Redis。
cd redis-5.0.3
make && make install不要高兴，因为你极有可能会遇到因为 GCC 编译器未安装导致编译失败的情况。不要着急，请顺序执行如下命令。
yum -y install gcc
make distclean
make && make installRedis 基于 C 语言开发，故编译源码需要 GCC（Linux下的一个编译器，这里需要用来编译.c文件）的支持。如机器上未安装需要先执行命令yum -y install gcc安装 GCC 编译工具，然后make distclean清除之前生成的文件，最后make && make install重新编译安装。
最终出现类似下文输出则表示 Redis 安装成功。
......
Hint: It's a good idea to run 'make test' ;)
INSTALL install
INSTALL install
INSTALL install
INSTALL install
INSTALL install
make[1]: 离开目录“/usr/local/redis-5.0.3/src”如果源码编译无误且执行结果正确，make install命令会将程序安装至系统预设的可执行文件存放路径，一般是/usr/local/bin目录，可以通过如下终端输出确认。当然，也可以使用make install PREFIX=<path>命令安装到指定路径。
[root@localhost bin]# cd /usr/local/bin
[root@localhost bin]# ls -l
总用量 32672
-rwxr-xr-x. 1 root root 4367328 3月 6 06:11 redis-benchmark
-rwxr-xr-x. 1 root root 8092024 3月 6 06:11 redis-check-aof
-rwxr-xr-x. 1 root root 8092024 3月 6 06:11 redis-check-rdb
-rwxr-xr-x. 1 root root 4802696 3月 6 06:11 redis-cli
lrwxrwxrwx. 1 root root 12 3月 6 06:11 redis-sentinel -> redis-server
-rwxr-xr-x. 1 root root 8092024 3月 6 06:11 redis-server至此，单机 Redis 安装完成。关于Redis的面试题：常见的Redis面试题
搭建 Redis 集群
进入正题。
依据 Redis Cluster 内部故障转移实现原理，Redis 集群至少需要 3 个主节点，而每个主节点至少有 1 从节点，因此搭建一个集群至少包含 6 个节点，三主三从，并且分别部署在不同机器上。
条件有限，测试环境下我们只能在一台机器上创建一个伪集群，通过不同的 TCP 端口启动多个 Redis 实例，组成集群。
目前 Redis Cluster 的搭建有两种方式：
- 手动方式搭建，即手动执行 cluster 命令，一步步完成搭建流程。
- 自动方式搭建，即使用官方提供的集群管理工具快速搭建。
两种方式原理一样，自动搭建方式只是将手动搭建方式中需要执行的 Redis 命令封装到了可执行程序。生产环境下推荐使用第二种方式，简单快捷，不易出错。不过本文实战演示两种方式都会提及。
手动方式搭建
启动节点
搭建集群的第一步就是要先把参与搭建集群的每个节点启动起来。
由于我们这是在一台机器上模拟多个节点，可以预先规划下各个节点的属性：
根据上述规划，可以先通过如下命令创建各个节点启动配置文件的存放目录。
mkdir /usr/local/redis-cluster
cd redis-cluster
mkdir -p 7001 7002 7003 8001 8002 8003顺序执行如下行命令，进入 Redis 源码包目录并将默认配置文件redis.conf分别复制到六个节点配置存放目录中，作为各自节点启动配置文件
cd /usr/local/redis-5.0.3
cp redis.conf /usr/local/redis-cluster/7001
cp redis.conf /usr/local/redis-cluster/7002
cp redis.conf /usr/local/redis-cluster/7003
cp redis.conf /usr/local/redis-cluster/8001
cp redis.conf /usr/local/redis-cluster/8002
cp redis.conf /usr/local/redis-cluster/8003接下来需要分别修改每个节点的配置文件。下面贴的是节点 A 的配置文件/usr/local/redis-cluster/7001/redis.conf中启用或修改的一些必要参数。其他节点 B、C、D、E、F 参照修改，注意把涉及端口的地方修改成各自节点预先规划的即可。
bind 192.168.83.128 # 设置当前节点主机地址
port 7001 # 设置客户端连接监听端口
pidfile /var/run/redis_7001.pid # 设置 Redis 实例 pid 文件
daemonize yes # 以守护进程运行 Redis 实例
cluster-enabled yes # 启用集群模式
cluster-node-timeout 15000 # 设置当前节点连接超时毫秒数
cluster-config-file nodes-7001.conf # 设置当前节点集群配置文件路径完成上述工作就可以通过如下几组命令启动待搭建集群中的 6 个节点了。
/usr/local/bin/redis-server /usr/local/redis-cluster/7001/redis.conf
/usr/local/bin/redis-server /usr/local/redis-cluster/7002/redis.conf
/usr/local/bin/redis-server /usr/local/redis-cluster/7003/redis.conf
/usr/local/bin/redis-server /usr/local/redis-cluster/8001/redis.conf
/usr/local/bin/redis-server /usr/local/redis-cluster/8002/redis.conf
/usr/local/bin/redis-server /usr/local/redis-cluster/8003/redis.conf最后通过ps -ef|grep redis命令确认各个节点服务是否已经正常运行。
[root@localhost bin]# ps -ef|grep redis
root 5613 1 0 04:25 ? 00:00:00 /usr/local/bin/redis-server 127.0.0.1:7001 [cluster]
root 5650 1 0 04:26 ? 00:00:00 /usr/local/bin/redis-server 127.0.0.1:7002 [cluster]
root 5661 1 0 04:26 ? 00:00:00 /usr/local/bin/redis-server 127.0.0.1:7003 [cluster]
root 5672 1 0 04:27 ? 00:00:00 /usr/local/bin/redis-server 127.0.0.1:8001 [cluster]
root 5681 1 0 04:27 ? 00:00:00 /usr/local/bin/redis-server 127.0.0.1:8002 [cluster]
root 5690 1 0 04:27 ? 00:00:00 /usr/local/bin/redis-server 127.0.0.1:8003 [cluster]
root 5731 1311 0 04:28 pts/0 00:00:00 grep --color=auto redis如上输出可以看出上面规划的 6 个节点都成功启动。
节点握手
虽然上面 6 个节点都启用了群集支持，但默认情况下它们是不相互信任或者说没有联系的。节点握手就是在各个节点之间创建链接（每个节点与其他节点相连），形成一个完整的网格，即集群。
节点握手的命令如下：
cluster meet ip port但为了创建群集，不需要发送形成完整网格所需的所有 cluster meet 命令。只要能发送足够的cluster meet消息，可以让每个节点都可以通过一系列已知节点到达每个其他节点，缺失的链接将被自动创建。
例如，如果我们通过cluster meet将节点 A 与节点 B 连接起来，并将 B 与 C 连接起来，则 A 和 C 会自己找到握手方式并创建链接。
我们的创建的 6 个节点可以通过 redis-cli 连接到 A 节点执行如下五组命令完成握手，生产环境需要将 IP 127.0.0.1替换成外网 IP。
cluster meet 127.0.0.1 7002
cluster meet 127.0.0.1 7003
cluster meet 127.0.0.1 8001
cluster meet 127.0.0.1 8002
cluster meet 127.0.0.1 8003如上述命令正常执行输出结果如下。
[root@localhost bin]# /usr/local/bin/redis-cli -p 7001
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 7002
OK
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 7003
OK
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 8001
OK
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 8002
OK
127.0.0.1:7001> cluster meet 127.0.0.1 8003
OK接下来可以通过 cluster nodes 命令查看节点之间 的链接状态。我随机找了两个节点 B 和 F 测试，输出结果如下所示。
[root@localhost /]# /usr/local/bin/redis-cli -p 7002 cluster nodes
61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12 127.0.0.1:7001@17001 master - 0 1552220691885 4 connected
a8a41694f22977fda78863bdfb3fc03dd1fab1bd 127.0.0.1:8002@18002 master - 0 1552220691000 5 connected
51987c4b5530c81f2845bb9d521daf6d3dce3659 127.0.0.1:8001@18001 master - 0 1552220690878 3 connected
1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb 127.0.0.1:7002@17002 myself,master - 0 1552220690000 1 connected
19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8 127.0.0.1:7003@17003 master - 0 1552220691000 2 connected
ed6fd72e61b747af3705b210c7164bc68739303e 127.0.0.1:8003@18003 master - 0 1552220690000 0 connected
[root@localhost /]# /usr/local/bin/redis-cli -p 8002 cluster nodes
1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb 127.0.0.1:7002@17002 master - 0 1552220700255 1 connected
ed6fd72e61b747af3705b210c7164bc68739303e 127.0.0.1:8003@18003 master - 0 1552220703281 0 connected
19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8 127.0.0.1:7003@17003 master - 0 1552220700000 2 connected
a8a41694f22977fda78863bdfb3fc03dd1fab1bd 127.0.0.1:8002@18002 myself,master - 0 1552220701000 5 connected
61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12 127.0.0.1:7001@17001 master - 0 1552220702275 4 connected
51987c4b5530c81f2845bb9d521daf6d3dce3659 127.0.0.1:8001@18001 master - 0 1552220701265 3 connected可以看到，节点 B 和节点 F 都已经分别和其他 5 个节点建立链接。
至此，节点握手完成。
分配槽位
此时 Redis 集群还并没有处于上线状态，可以在任意一节点上执行 cluster info 命令来查看目前集群的运行状态。
[root@localhost ~]# /usr/local/bin/redis-cli -p 7001 cluster info
cluster_state:fail
......上面输出cluster_state:fail表示当前集群处于下线状态。因为只有给集群中所有主节点分配好槽位（即哈希槽slot，本文第一小节有提及）集群才能上线。
分配槽位的命令如下：
cluster addslots slot [slot ...]根据预先规划，这一步需要使用 cluster addslots 命令手动将 16384 个哈希槽大致均等分配给主节点 A、B、C。
/usr/local/bin/redis-cli -p 7001 cluster addslots {0..5461}
/usr/local/bin/redis-cli -p 7002 cluster addslots {5462..10922}
/usr/local/bin/redis-cli -p 7003 cluster addslots {10923..16383}上面三组命令执行完毕，可以再次查看目前集群的一些运行参数。
[root@localhost ~]# /usr/local/bin/redis-cli -p 7001 cluster info
cluster_state:ok
cluster_slots_assigned:16384
cluster_slots_ok:16384
cluster_slots_pfail:0
cluster_slots_fail:0
cluster_known_nodes:6
cluster_size:3
cluster_current_epoch:5
cluster_my_epoch:4
cluster_stats_messages_ping_sent:11413
cluster_stats_messages_pong_sent:10509
cluster_stats_messages_meet_sent:11
cluster_stats_messages_sent:21933
cluster_stats_messages_ping_received:10509
cluster_stats_messages_pong_received:10535
cluster_stats_messages_received:21044如上输出cluster_state:ok证明 Redis 集群成功上线。
主从复制
Redis 集群成功上线，不过还没有给主节点指定从节点，此时如果有一个节点故障，那么整个集群也就挂了，也就无法实现高可用。详细了解点这里：Redis主从复制以及主从复制原理
集群中需要使用 cluster replicate 命令手动给从节点配置主节点。
集群复制命令如下：
cluster replicate node-id集群中各个节点的node-id可以用cluster nodes命令查看，如下输出1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb即是主节点 B 的node-id。
[root@localhost /]# /usr/local/bin/redis-cli -p 8002 cluster nodes
1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb 127.0.0.1:7002@17002 master - 0 1552220700255 1 connected
ed6fd72e61b747af3705b210c7164bc68739303e 127.0.0.1:8003@18003 master - 0 1552220703281 0 connected
19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8 127.0.0.1:7003@17003 master - 0 1552220700000 2 connected
a8a41694f22977fda78863bdfb3fc03dd1fab1bd 127.0.0.1:8002@18002 myself,master - 0 1552220701000 5 connected
61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12 127.0.0.1:7001@17001 master - 0 1552220702275 4 connected
51987c4b5530c81f2845bb9d521daf6d3dce3659 127.0.0.1:8001@18001 master - 0 1552220701265 3 connected根据预先规划，A主D从；B主E从；C主F从。执行如下三组命令分别为从节点 D、E、F 指定其主节点，使群集可以自动完成主从复制。
/usr/local/bin/redis-cli -p 8001 cluster replicate 61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12
/usr/local/bin/redis-cli -p 8002 cluster replicate 1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb
/usr/local/bin/redis-cli -p 8003 cluster replicate 19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8命令执行成功后，我们便算以手动方式成功搭建了一个 Redis 集群。
最后，再来查看一下集群中的节点信息。
[root@localhost ~]# /usr/local/bin/redis-cli -p 8002 cluster nodes
1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb 127.0.0.1:7002@17002 master - 0 1552233328337 1 connected 5462-10922
ed6fd72e61b747af3705b210c7164bc68739303e 127.0.0.1:8003@18003 slave 19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8 0 1552233327000 2 connected
19147f56e679767bcebb8653262ff7f56ca072a8 127.0.0.1:7003@17003 master - 0 1552233325000 2 connected 10923-16383
a8a41694f22977fda78863bdfb3fc03dd1fab1bd 127.0.0.1:8002@18002 myself,slave 1b4b3741945d7fed472a1324aaaa6acaa1843ccb 0 1552233327000 5 connected
61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12 127.0.0.1:7001@17001 master - 0 1552233327327 4 connected 0-5461
51987c4b5530c81f2845bb9d521daf6d3dce3659 127.0.0.1:8001@18001 slave 61e8c4ed8d1ff2a765a4dd2c3d300d8121d26e12 0 1552233326320 4 connected自动方式搭建
Redis 3.0 版本之后官方发布了一个集群管理工具 redis-trib.rb，集成在 Redis 源码包的src目录下。其封装了 Redis 提供的集群命令，使用简单、便捷。
不过 redis-trib.rb 是 Redis 作者使用 Ruby 语言开发的，故使用该工具之前还需要先在机器上安装 Ruby 环境。后面作者可能意识到这个问题，Redis 5.0 版本开始便把这个工具集成到 redis-cli 中，以--cluster参数提供使用，其中create命令可以用来创建集群。
启动节点
使用集群管理工具搭建集群之前，也是需要先把各个节点启动起来的。节点的启动方式请参见本文「手动方式创建」-「启动节点」一节，此处不再赘述。
集群管理工具搭建
如果您安装的 Redis 是 3.x 和 4.x 的版本可以使用 redis-trib.rb 搭建，不过之前需要安装 Ruby 环境。
先使用 yum 安装 Ruby 环境以及其他依赖项。
yum -y install ruby ruby-devel rubygems rpm-build确认安装版本。
[root@localhost redis-cluster]# ruby -v
ruby 2.0.0p648 (2015-12-16) [x86_64-linux]再使用 redis-trib.rb 脚本搭建集群，具体命令如下所示。
/usr/local/redis-5.0.3/src/redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:8001 127.0.0.1:8002 127.0.0.1:8003不过，本文实验环境使用的 Redis 版本是 5.0.3，所以我可以直接使用redis-cli --cluster create命令搭建，具体命令如下所示。
/usr/local/bin/redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:8001 127.0.0.1:8002 127.0.0.1:8003 --cluster-replicas 1主节点在前，从节点在后。其中--cluster-replicas参数用来指定一个主节点带有的从节点个数，如上--cluster-replicas 1即表示 1 个主节点有 1 个从节点。
命令执行成功会有类似如下输出。
[root@localhost bin]# redis-cli --cluster create 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:8001 127.0.0.1:8002 127.0.0.1:8003 --cluster-replicas 1
>>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...
Master[0] -> Slots 0 - 5460
Master[1] -> Slots 5461 - 10922
Master[2] -> Slots 10923 - 16383
Adding replica 127.0.0.1:8001 to 127.0.0.1:7001
Adding replica 127.0.0.1:8002 to 127.0.0.1:7002
Adding replica 127.0.0.1:8003 to 127.0.0.1:7003
>>> Trying to optimize slaves allocation for anti-affinity
[WARNING] Some slaves are in the same host as their master
M: 32f9819fc7d561bfa2b7189182200e86d9901b8a 127.0.0.1:7001
slots:[0-5460] (5461 slots) master
M: cca0fbfa374bc175d481e68ee9ed13b65453e967 127.0.0.1:7002
slots:[5461-10922] (5462 slots) master
M: 964cfa1c2dcfe36b6d3c63637f0d57ccb568354e 127.0.0.1:7003
slots:[10923-16383] (5461 slots) master
S: 1b47b9e6e7a79523579b8d2ddcd5e708583ed317 127.0.0.1:8001
replicates 32f9819fc7d561bfa2b7189182200e86d9901b8a
S: aba9330f3e70f26a8af4ced1b672fbcc7bc62d78 127.0.0.1:8002
replicates cca0fbfa374bc175d481e68ee9ed13b65453e967
S: 254db0830cd764e075aa793144572d5fa3a398f0 127.0.0.1:8003
replicates 964cfa1c2dcfe36b6d3c63637f0d57ccb568354e
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 127.0.0.1:7001)
M: 32f9819fc7d561bfa2b7189182200e86d9901b8a 127.0.0.1:7001
slots:[0-5460] (5461 slots) master
1 additional replica(s)
S: aba9330f3e70f26a8af4ced1b672fbcc7bc62d78 127.0.0.1:8002
slots: (0 slots) slave
replicates cca0fbfa374bc175d481e68ee9ed13b65453e967
S: 1b47b9e6e7a79523579b8d2ddcd5e708583ed317 127.0.0.1:8001
slots: (0 slots) slave
replicates 32f9819fc7d561bfa2b7189182200e86d9901b8a
S: 254db0830cd764e075aa793144572d5fa3a398f0 127.0.0.1:8003
slots: (0 slots) slave
replicates 964cfa1c2dcfe36b6d3c63637f0d57ccb568354e
M: cca0fbfa374bc175d481e68ee9ed13b65453e967 127.0.0.1:7002
slots:[5461-10922] (5462 slots) master
1 additional replica(s)
M: 964cfa1c2dcfe36b6d3c63637f0d57ccb568354e 127.0.0.1:7003
slots:[10923-16383] (5461 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.OK，搭建完成！一条命令搞定。
END
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