Ubuntu 16.04下Redis Cluster集群搭建（官方原始方案）

Posted 2020-10-09 Jim

前提：先安装好Redis，参考：http://www.cnblogs.com/EasonJim/p/7599941.html

说明：Redis Cluster集群模式可以做到动态增加节点和下线节点，使用起来非常的方便。

下面教程主要是通过官方提供的文档进行搭建测试：

https://redis.io/topics/cluster-tutorial

http://www.redis.cn/topics/cluster-tutorial.html

http://ifeve.com/redis-cluster-tutorial/

http://ifeve.com/redis-cluster-spec/（翻译自官方高级使用教程）

上面中文教程都可以在官方提供的文档中找到。

原理应该如下图所示：

注意：以下的搭建教程比较简单，基于伪集群的模式，如果是生产环境可以每台机部署一个实例。操作基本一致。

这篇教程是Redis集群的简要介绍，而非讲解分布式系统的复杂概念。它主要从一个使用者的角度介绍如何搭建、测试和使用Redis集群，至于Redis集群的详细设计将在“Redis集群规范”中进行描述。

本教程以redis使用者的角度，用简单易懂的方式介绍Redis集群的可用性和一致性。

注意： 本教程要求Redis3.0或以上的版本。

如果你打算部署Redis集群，你可以读一些关于集群的详细设计，当然，这不是必须的。由这篇教程入门，先大概使用一下Redis的集群，然后再读Redis集群的详细设计，也是不错的选择。

Redis集群 101

Redis集群在启动的时候就自动在多个节点间分好片。同时提供了分片之间的可用性：当一部分redis节点故障或网络中断，集群也能继续工作。但是，当大面积的节点故障或网络中断（比如大部分的主节点都不可用了），集群就不能使用。

所以，从实用性的角度，Redis集群提供以下功能：

• 自动把数据切分到多个Redis节点中
• 当一部分节点挂了或不可达，集群依然能继续工作

Redis集群的TCP端口

Redis集群中的每个节点都需要建立2个TCP连接，监听这2个端口：一个端口称之为“客户端端口”，用于接受客户端指令，与客户端交互，比如6379；另一个端口称之为“集群总线端口”，是在客户端端口号上加10000，比如16379，用于节点之间通过二进制协议通讯。各节点通过集群总线检测宕机节点、更新配置、故障转移验证等。客户端只能使用客户端端口，不能使用集群总线端口。请确保你的防火墙允许打开这两个端口，否则Redis集群没法工作。客户端端口和集群总线端口之间的差值是固定的，集群总线端口比客户端端口高10000。

注意，关于集群的２个端口：

• 客户端端口（一般是6379）需要对所有客户端和集群节点开放，因为集群节点需要通过该端口转移数据。
• 集群总线端口（一般是16379）只需对集群中的所有节点开放

这２个端口必须打开，否则集群没法正常工作。

集群节点之间通过集群总线端口交互数据，使用的协议不同于客户端的协议，是二进制协议，这可以减少带宽和处理时间。

Redis集群数据的分片

Redis集群不是使用一致性哈希，而是使用哈希槽。整个Redis集群有16384个哈希槽，决定一个key应该分配到那个槽的算法是：计算该key的CRC16结果再模16834。

集群中的每个节点负责一部分哈希槽，比如集群中有３个节点，则：

• 节点Ａ存储的哈希槽范围是：0 – 5500
• 节点Ｂ存储的哈希槽范围是：5501 – 11000
• 节点Ｃ存储的哈希槽范围是：11001 – 16384

这样的分布方式方便节点的添加和删除。比如，需要新增一个节点Ｄ，只需要把Ａ、Ｂ、Ｃ中的部分哈希槽数据移到Ｄ节点。同样，如果希望在集群中删除Ａ节点，只需要把Ａ节点的哈希槽的数据移到Ｂ和Ｃ节点，当Ａ节点的数据全部被移走后，Ａ节点就可以完全从集群中删除。

因为把哈希槽从一个节点移到另一个节点是不需要停机的，所以，增加或删除节点，或更改节点上的哈希槽，也是不需要停机的。

如果多个key都属于一个哈希槽，集群支持通过一个命令（或事务, 或lua脚本）同时操作这些key。通过“哈希标签”的概念，用户可以让多个key分配到同一个哈希槽。哈希标签在集群详细文档中有描述，这里做个简单介绍：如果key含有大括号”{}”,则只有大括号中的字符串会参与哈希，比如”this{foo}”和”another{foo}”这２个key会分配到同一个哈希槽，所以可以在一个命令中同时操作他们。

Redis集群的主从模式

为了保证在部分节点故障或网络不通时集群依然能正常工作，集群使用了主从模型，每个哈希槽有一（主节点）到N个副本（N-1个从节点）。在我们刚才的集群例子中，有A,B,C三个节点，如果B节点故障集群就不能正常工作了，因为Ｂ节点中的哈希槽数据没法操作。但是，如果我们给每一个节点都增加一个从节点，就变成了：A,B,C三个节点是主节点，A1, B1, C1 分别是他们的从节点，当B节点宕机时，我们的集群也能正常运作。B1节点是B节点的副本，如果B节点故障，集群会提升B1为主节点，从而让集群继续正常工作。但是，如果B和B1同时故障，集群就不能继续工作了。

Redis集群的一致性保证

Redis集群不能保证强一致性。一些已经向客户端确认写成功的操作，会在某些不确定的情况下丢失。

产生写操作丢失的第一个原因，是因为主从节点之间使用了异步的方式来同步数据。

一个写操作是这样一个流程：

1)客户端向主节点B发起写的操作
2)主节点B回应客户端写操作成功
3)主节点B向它的从节点B1,B2,B3同步该写操作

从上面的流程可以看出来，主节点B并没有等从节点B1,B2,B3写完之后再回复客户端这次操作的结果。所以，如果主节点B在通知客户端写操作成功之后，但同步给从节点之前，主节点Ｂ故障了，其中一个没有收到该写操作的从节点会晋升成主节点，该写操作就这样永远丢失了。

就像传统的数据库，在不涉及到分布式的情况下，它每秒写回磁盘。为了提高一致性，可以在写盘完成之后再回复客户端，但这样就要损失性能。这种方式就等于Redis集群使用同步复制的方式。

基本上，在性能和一致性之间，需要一个权衡。

如果真的需要，Redis集群支持同步复制的方式，通过WAIT指令来实现，这可以让丢失写操作的可能性降到很低。但就算使用了同步复制的方式，Redis集群依然不是强一致性的，在某些复杂的情况下，比如从节点在与主节点失去连接之后被选为主节点，不一致性还是会发生。

这种不一致性发生的情况是这样的，当客户端与少数的节点（至少含有一个主节点）网络联通，但他们与其他大多数节点网络不通。比如６个节点，A,B,C是主节点，A1,B1,C1分别是他们的从节点，一个客户端称之为Z1。

当网络出问题时，他们被分成２组网络，组内网络联通，但２组之间的网络不通，假设A,C,A1,B1,C1彼此之间是联通的，另一边，B和Z1的网络是联通的。Z1可以继续往B发起写操作，Ｂ也接受Z1的写操作。当网络恢复时，如果这个时间间隔足够短，集群仍然能继续正常工作。如果时间比较长，以致B1在大多数的这边被选为主节点，那刚才Z1发给Ｂ的写操作都将丢失。

注意，Z1给Ｂ发送写操作是有一个限制的，如果时间长度达到了大多数节点那边可以选出一个新的主节点时，少数这边的所有主节点都不接受写操作。

这个时间的配置，称之为节点超时（node timeout），对集群来说非常重要，当达到了这个节点超时的时间之后，主节点被认为已经宕机，可以用它的一个从节点来代替。同样，在节点超时时，如果主节点依然不能联系到其他主节点，它将进入错误状态，不再接受写操作。

Redis集群参数配置

我们后面会部署一个Redis集群作为例子，在那之前，先介绍一下集群在redis.conf中的参数。

• cluster-enabled <yes/no>: 如果配置”yes”则开启集群功能，此redis实例作为集群的一个节点，否则，它是一个普通的单一的redis实例。
• cluster-config-file <filename>: 注意：虽然此配置的名字叫“集群配置文件”，但是此配置文件不能人工编辑，它是集群节点自动维护的文件，主要用于记录集群中有哪些节点、他们的状态以及一些持久化参数等，方便在重启时恢复这些状态。通常是在收到请求之后这个文件就会被更新。
• cluster-node-timeout <milliseconds>: 这是集群中的节点能够失联的最大时间，超过这个时间，该节点就会被认为故障。如果主节点超过这个时间还是不可达，则用它的从节点将启动故障迁移，升级成主节点。注意，任何一个节点在这个时间之内如果还是没有连上大部分的主节点，则此节点将停止接收任何请求。
• cluster-slave-validity-factor <factor>: 如果设置成０，则无论从节点与主节点失联多久，从节点都会尝试升级成主节点。如果设置成正数，则cluster-node-timeout乘以cluster-slave-validity-factor得到的时间，是从节点与主节点失联后，此从节点数据有效的最长时间，超过这个时间，从节点不会启动故障迁移。假设cluster-node-timeout=5，cluster-slave-validity-factor=10，则如果从节点跟主节点失联超过50秒，此从节点不能成为主节点。注意，如果此参数配置为非0，将可能出现由于某主节点失联却没有从节点能顶上的情况，从而导致集群不能正常工作，在这种情况下，只有等到原来的主节点重新回归到集群，集群才恢复运作。
• cluster-migration-barrier <count>:主节点需要的最小从节点数，只有达到这个数，主节点失败时，它从节点才会进行迁移。更详细介绍可以看本教程后面关于副本迁移到部分。
• cluster-require-full-coverage <yes/no>:在部分key所在的节点不可用时，如果此参数设置为”yes”(默认值), 则整个集群停止接受操作；如果此参数设置为”no”，则集群依然为可达节点上的key提供读操作。

创建和使用Redis集群

注意：手动部署Redis集群能够很好的了解它是如何运作的，但如果你希望尽快的让集群运行起来，可以跳过本节和下一节，直接到”使用create-cluster脚本创建Redis集群”章节。

要创建集群，首先需要以集群模式运行的空redis实例。也就说，以普通模式启动的redis是不能作为集群的节点的，需要以集群模式启动的redis实例才能有集群节点的特性、支持集群的指令，成为集群的节点。

下面是最小的redis集群的配置文件（redis.conf）：

port 7000
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

开启集群模式只需打开cluster-enabled配置项即可。每一个redis实例都包含一个配置文件，默认是nodes.conf（启动时会自动生成），用于存储此节点的一些配置信息。这个配置文件由redis集群的节点自行创建和更新，不能由人手动地去修改。

一个最小的集群需要最少３个主节点。第一次测试，强烈建议你配置６个节点：３个主节点和３个从节点。

开始测试，步骤如下：先进入新的目录，以redis实例的端口为目录名，创建目录，我们将在这些目录里运行我们的实例。

类似这样：

mkdir cluster-test
cd cluster-test
mkdir 7000 7001 7002 7003 7004 7005

在7000-7005的每个目录中创建配置文件redis.conf，内容就用上面的最简配置做模板，注意修改端口号，改为跟目录一致的端口。

把你的Redis服务器（用GitHub中的不稳定分支的最新的代码编译来/或者稳定代码）拷贝到cluster-test目录，然后打开６个终端页准备测试。

第一台：

在每个终端启动一个redis实例，指令类似这样：

cd 7000
../redis-server ./redis.conf

在日志中我们可以看到，由于没有nodes.conf文件不存在，每个节点都给自己一个新的ID。

[82462] 26 Nov 11:56:55.329 * No cluster configuration found, I\'m 97a3a64667477371c4479320d683e4c8db5858b1

这个ID将一直被此节点使用，作为此节点在整个集群中的唯一标识。节点区分其他节点也是通过此ID来标识，而非IP或端口。IP可以改，端口可以改，但此ID不能改，直到这个节点离开集群。这个ID称之为节点ID(Node ID)。

第二台：

第三台：

第四台：

第五台：

第六台：

重复第一台的操作。

创建集群

现在６个实例已经运行起来了，我们需要给节点写一些有意义的配置来创建集群。redis集群的命令工具redis-trib可以让我们创建集群变得非常简单。redis-trib是一个用ruby写的脚本，用于给各节点发指令创建集群、检查集群状态或给集群重新分片等。redis-trib在Redis源码的src目录下，需要gem redis来运行redis-trib。

gem install redis

创建集群只需输入指令：

./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005

这里用的命令是create，因为我们需要创建一个新的集群。选项”–replicas 1”表示每个主节点需要一个从节点。其他参数就是需要加入这个集群的Redis实例的地址。

我们创建的集群有３个主节点和３个从节点。

redis-trib会给你一些配置建议，输入yes表示接受。集群会被配置并彼此连接好，意思是各节点实例被引导彼此通话并最终形成集群。最后，如果一切顺利，会看到类似下面的信息：

[OK] All 16384 slots covered

这表示，16384个哈希槽都被主节点正常服务着。

使用create-cluster脚本创建redis集群

如果你不想像上面那样，单独的手工配置各节点的方式来创建集群，还有一个更简单的系统（当然也没法了解到集群运作的一些细节）。

在utils/create-cluster目录下，有一个名为create-cluster的bash脚本。如果需要启动一个有3个主节点和３个从节点的集群，只需要输入以下指令

#1
create-cluster start
#2
create-cluster create

在步骤２，当redis-trib要你接受集群的布局时，输入”yes”。

现在你可以跟集群交互，第一个节点的起始端口默认是30001。当你完成后，停止集群用如下指令:

create-cluster stop

请查看目录下的README，它有详细的介绍如何使用此脚本。

实际操作如下：

版本：4.0.2

下载地址：https://redis.io/download

离线版本：（链接: https://pan.baidu.com/s/1bpwDtOr 密码: 4cxk）

源码编译：

wget http://download.redis.io/releases/redis-4.0.2.tar.gz
tar xzf redis-4.0.2.tar.gz
cd redis-4.0.2
make

如果不安装到指定位置，那么程序默认放在src文件夹下，

创建集群文件及文件夹：

mkdir cluster-test
cd cluster-test
mkdir 7000 7001 7002 7003 7004 7005

进入7000创建redis.conf，内容如下：

cd 7000
sudo vim redis.conf
#内容
port 7000
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

进入7001创建redis.conf，内容如下：

cd 7001
sudo vim redis.conf
#内容
port 7001
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

进入7002创建redis.conf，内容如下：

cd 7002
sudo vim redis.conf
#内容
port 7002
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

进入7003创建redis.conf，内容如下：

cd 7003
sudo vim redis.conf
#内容
port 7003
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes 

进入7004创建redis.conf，内容如下：

cd 7004
sudo vim redis.conf
#内容
port 7004
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

进入7005创建redis.conf，内容如下：

cd 7005
sudo vim redis.conf
#内容
port 7005
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes.conf
cluster-node-timeout 5000
appendonly yes

分别启动6台集群：

cd 7000
../redis-server ./redis.conf

cd 7001
../redis-server ./redis.conf

cd 7002
../redis-server ./redis.conf

cd 7003
../redis-server ./redis.conf

cd 7004
../redis-server ./redis.conf

cd 7005
../redis-server ./redis.conf

创建集群：

先安装ruby

sudo apt-get ruby

进入src文件夹

再通过gem安装redis

cd src
gem install redis

如果出现错误，参考：http://www.cnblogs.com/EasonJim/p/7629314.html

启动

./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7000 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005

期间会提示输入yes，然后基本完成。输出的信息上有提示哪些是主节点和从节点。

 

 

参考：

http://ifeve.com/redis-cluster-tutorial/（以上内容部分转自此篇文章）

http://blog.csdn.net/fengshizty/article/details/51368004 （节点操作的测试）

http://www.redis.cn/topics/cluster-tutorial.html

http://ifeve.com/redis-cluster-spec/

http://os.51cto.com/art/201512/499551.htm

http://blog.csdn.net/robertohuang/article/details/70766809

http://blog.csdn.net/robertohuang/article/details/70768922

http://blog.csdn.net/robertohuang/article/details/70833231

http://blog.chinaunix.net/uid-28396214-id-4981572.html

http://blog.51yip.com/nosql/1725.html

http://www.cnblogs.com/wuxl360/p/5920330.html

http://blog.csdn.net/men_wen/article/details/72853078

http://blog.csdn.net/xu470438000/article/details/42971091

http://www.cnblogs.com/gomysql/p/4395504.html