Redis Cluster

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Redis Cluster相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

参考技术A

​ Redis Cluster 集群分区方案采用去中心化的方式，包括：sharding（分区）、replication（复制）、failover（故障转移）

​ Redis Cluster 由多个Redis节点组构成，是一个P2P（point to point）无中心节点的集群架构，依靠Gossip协议传播集群

Gossip协议是一个通信协议，一种传播消息的方式。

起源于：病毒传播

Gossip协议基本思想：

一个节点周期性(每秒)随机选择一些节点，并把信息传递给这些节点。

这些收到信息的节点接下来会做同样的事情，即把这些信息传递给其他一些随机选择的节点。

信息会周期性的传递给N个目标节点。这个N被称为 fanout （扇出）

gossip协议包含多种消息，包括meet、ping、pong、fail、publish等等

通过gossip协议，cluster可以提供集群间状态同步更新、选举自助failover等重要的集群功能。

redis-cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]个 slot 上,基本上采用平均分配和连续分配的方式。

比如上图中有5个节点，这样在 Redis Cluster 创建时，slot槽可按下表分配

cluster 负责维护节点和slot槽的对应关系 value------>slot-------->节点

当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时，redis 先对 key 使用 crc16 算法算出一个结果，然后把
结果对 16384 求余数，这样每个 key 都会对应一个编号在 0-16383 之间的哈希槽，redis 会根据节点
数量大致均等的将哈希槽映射到不同的节点。

比如：
set name zhangsan
hash("name")采用crc16算法，得到值：1324203551%16384=15903
根据上表15903在13088-16383之间，所以name被存储在Redis5节点。
slot槽必须在节点上连续分配，如果出现不连续的情况，则RedisCluster不能工作。

redis版本说明

redis.5.0.5

服务器说明

启动 7001、7002、7003、7011、7012、7013

配置启动脚本

三主三从

客户端连接集群

-c 以集群方式连接

扩容节点数据必须为空

启动 7004、7014

将 7004、7014 添加到集群

只能删除数据为空的节点

集群中的每个节点都会定期地（每秒）向集群中的其他节点发送PIN

如果在一定时间内(cluster-node-timeout)，发送ping的节点A没有收到某节点B的pong回应，则A将B
标识为pfail。

A在后续发送ping时，会带上B的pfail信息， 通知给其他节点。

如果B被标记为pfail的个数大于集群主节点个数的一半（N/2 + 1）时，B会被标记为fail，A向整个集群
广播，该节点已经下线

其他节点收到广播，标记B为fail。

采用 raft 协议

每个从节点，都根据自己对master复制数据的offset，来设置一个选举时间，offset越大（复制数
据越多）的从节点，选举时间越靠前，优先进行选举。

slave 通过向其他master发送FAILVOER_AUTH_REQUEST 消息发起竞选，

master 收到后回复FAILOVER_AUTH_ACK 消息告知是否同意。

slave 发送FAILOVER_AUTH_REQUEST 前会将currentEpoch 自增，并将最新的Epoch 带入到

FAILOVER_AUTH_REQUEST 消息中，如果自己未投过票，则回复同意，否则回复拒绝。

所有的 Master 开始slave选举投票，给要进行选举的slave进行投票，如果大部分master node（N/2 +
1）都投票给了某个从节点，那么选举通过，那个从节点可以切换成master。

RedisCluster失效的判定 ：

1、集群中半数以上的主节点都宕机（无法投票）

2、宕机的主节点的从节点也宕机了（slot槽分配不连续）

当slave 收到过半的master 同意时，会成为新的master。此时会以最新的Epoch 通过PONG 消息广播
自己成为master，让Cluster 的其他节点尽快的更新拓扑结构(node.conf)。

自动切换

就是上面讲的从节点选举

手动切换

人工故障切换是预期的操作，而非发生了真正的故障，目的是以一种安全的方式(数据无丢失)将当前
master节点和其中一个slave节点(执行cluster-failover的节点)交换角色

1、向从节点发送cluster failover 命令（slaveof no one）
2、从节点告知其主节点要进行手动切换（CLUSTERMSG_TYPE_MFSTART）
3、主节点会阻塞所有客户端命令的执行（10s）
4、从节点从主节点的ping包中获得主节点的复制偏移量
5、从节点复制达到偏移量，发起选举、统计选票、赢得选举、升级为主节点并更新配置
6、切换完成后，原主节点向所有客户端发送moved指令重定向到新的主节点

以上是在主节点在线情况下。

如果主节点下线了，则采用cluster failover force或cluster failover takeover 进行强制切换。

我们知道在一主一从的情况下，如果主从同时挂了，那整个集群就挂了。
为了避免这种情况我们可以做一主多从，但这样成本就增加了。
Redis提供了一种方法叫副本漂移，这种方法既能提高集群的可靠性又不用增加太多的从机。

Master1宕机，则Slaver11提升为新的Master1
集群检测到新的Master1是单点的（无从机）
集群从拥有最多的从机的节点组（Master3）中，选择节点名称字母顺序最小的从机（Slaver31）漂移
到单点的主从节点组(Master1)。

具体流程如下（以上图为例）：
1、将Slaver31的从机记录从Master3中删除
2、将Slaver31的的主机改为Master1
3、在Master1中添加Slaver31为从节点
4、将Slaver31的复制源改为Master1
5、通过ping包将信息同步到集群的其他节点

redis cluster集群理解

Redis Cluster集群

一、redis-cluster设计

Redis集群搭建的方式有多种，例如使用zookeeper等，但从redis 3.0之后版本支持redis-cluster集群，Redis-Cluster采用无中心结构，每个节点保存数据和整个集群状态,每个节点都和其他所有节点连接。其redis-cluster架构图如下：

技术分享

其结构特点：

     1、所有的redis节点彼此互联(PING-PONG机制),内部使用二进制协议优化传输速度和带宽。
     2、节点的fail是通过集群中超过半数的节点检测失效时才生效。
     3、客户端与redis节点直连,不需要中间proxy层.客户端不需要连接集群所有节点,连接集群中任何一个可用节点即可。
     4、redis-cluster把所有的物理节点映射到[0-16383]slot上（不一定是平均分配）,cluster 负责维护node<->slot<->value。

     5、Redis集群预分好16384个桶，当需要在 Redis 集群中放置一个 key-value 时，根据 CRC16(key) mod 16384的值，决定将一个key放到哪个桶中。

 

   1、redis cluster节点分配

 

   现在我们是三个主节点分别是：A, B, C 三个节点，它们可以是一台机器上的三个端口，也可以是三台不同的服务器。那么，采用哈希槽 (hash slot)的方式来分配16384个slot 的话，它们三个节点分别承担的slot 区间是：


      节点A覆盖0－5460;
      节点B覆盖5461－10922;
      节点C覆盖10923－16383.

    

     获取数据：

      如果存入一个值，按照redis cluster哈希槽的算法： CRC16(‘key‘)384 = 6782。 那么就会把这个key 的存储分配到 B 上了。同样，当我连接(A,B,C)任何一个节点想获取‘key‘这个key时，也会这样的算法，然后内部跳转到B节点上获取数据 

    

     新增一个主节点：

      新增一个节点D，redis cluster的这种做法是从各个节点的前面各拿取一部分slot到D上，我会在接下来的实践中实验。大致就会变成这样：
  

    节点A覆盖1365-5460
    节点B覆盖6827-10922
    节点C覆盖12288-16383
    节点D覆盖0-1364,5461-6826,10923-12287


     同样删除一个节点也是类似，移动完成后就可以删除这个节点了。

 

 

     2、Redis Cluster主从模式

 

          redis cluster 为了保证数据的高可用性，加入了主从模式，一个主节点对应一个或多个从节点，主节点提供数据存取，从节点则是从主节点拉取数据备份，当这个主节点挂掉后，就会有这个从节点选取一个来充当主节点，从而保证集群不会挂掉。

      上面那个例子里, 集群有ABC三个主节点, 如果这3个节点都没有加入从节点，如果B挂掉了，我们就无法访问整个集群了。A和C的slot也无法访问。

     所以我们在集群建立的时候，一定要为每个主节点都添加了从节点, 比如像这样, 集群包含主节点A、B、C, 以及从节点A1、B1、C1, 那么即使B挂掉系统也可以继续正确工作。

     B1节点替代了B节点，所以Redis集群将会选择B1节点作为新的主节点，集群将会继续正确地提供服务。 当B重新开启后，它就会变成B1的从节点。

    不过需要注意，如果节点B和B1同时挂了，Redis集群就无法继续正确地提供服务了。

 

二、redis集群的搭建

    集群中至少应该有奇数个节点，所以至少有三个节点，每个节点至少有一个备份节点，所以下面使用6节点（主节点、备份节点由redis-cluster集群确定）。

 

   

     下面使用redis-3.2.0安装，下载地址   

     1、安装redis节点指定端口

         解压redis压缩包，编译安装

         

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  1. [[email protected] redis-3.2.0]# tar xzf redis-3.2.0.tar.gz  
  2. [[email protected] redis-3.2.0]# cd redis-3.2.0  
  3. [[email protected] redis-3.2.0]# make  
  4. [[email protected] redis01]# make install PREFIX=/usr/andy/redis-cluster  

 

 

        在redis-cluster下 修改bin文件夹为redis01,复制redis.conf配置文件

       

     配置redis的配置文件redis.conf

 

         daemonize yes #后台启动

        port 7001 #修改端口号，从7001到7006

        cluster-enabled yes #开启cluster，去掉注释

        cluster-config-file nodes.conf

        cluster-node-timeout 15000

        appendonly yes

 

 

        复制六份，修改对应的端口号

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     2、安装redis-trib所需的 ruby脚本

          复制redis解压文件src下的redis-trib.rb文件到redis-cluster目录

          

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  1. [[email protected] redis-cluster]# cp /usr/andy/redis/redis-3.2.0/src/redis-trib.rb ./  

 

 

         安装ruby环境：

          

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  1. [[email protected] redis-cluster]# yum install ruby  
  2. [[email protected] redis-cluster]# yum install rubygems  

 

 

        安装redis-trib.rb运行依赖的ruby的包redis-3.2.2.gem，下载

        

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  1. [[email protected] redis-cluster]# gem install redis-3.2.2.gem  

 

 

     3、启动所有的redis节点

       可以写一个命令脚本start-all.sh

       

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  1. cd redis01  
  2. ./redis-server redis.conf  
  3. cd ..  
  4. cd redis02  
  5. ./redis-server redis.conf  
  6. cd ..  
  7. cd redis03  
  8. ./redis-server redis.conf  
  9. cd ..  
  10. cd redis04  
  11. ./redis-server redis.conf  
  12. cd ..  
  13. cd redis05  
  14. ./redis-server redis.conf  
  15. cd ..  
  16. cd redis06  
  17. ./redis-server redis.conf  
  18. cd ..  

 

 

     设置权限启动

     

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  1. [[email protected] redis-cluster]# chmod 777 start-all.sh   
  2. [[email protected] redis-cluster]# ./start-all.sh   

 

       查看redis进程启动状态

 

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  1. [[email protected] redis-cluster]# ps -ef | grep redis  
  2.   
  3. root       4547      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7001 [cluster]  
  4. root       4551      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7002 [cluster]  
  5. root       4555      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7003 [cluster]  
  6. root       4559      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7004 [cluster]  
  7. root       4563      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7005 [cluster]  
  8. root       4567      1  0 23:12 ?        00:00:00 ./redis-server 127.0.0.1:7006 [cluster]  
  9. root       4840   4421  0 23:26 pts/1    00:00:00 grep --color=auto redis  

   

  可以看到redis的6个节点已经启动成功

   

    杀死全部的几点：

     

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  1. [[email protected] redis-cluster]# pkill -9 redis  

 

 

 

     4、使用redis-trib.rb创建集群

      

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  1. ./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 127.0.0.1:7006  

 

 

       使用create命令 --replicas 1 参数表示为每个主节点创建一个从节点，其他参数是实例的地址集合。

      

       

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  1. [[email protected] redis-cluster]# ./redis-trib.rb create --replicas 1 127.0.0.1:7001 127.0.0.1:7002 127.0.0.1:7003 127.0.0.1:7004 127.0.0.1:7005 127.0.0.1:7006  
  2. >>> Creating cluster  
  3. >>> Performing hash slots allocation on 6 nodes...  
  4. Using 3 masters:  
  5. 127.0.0.1:7001  
  6. 127.0.0.1:7002  
  7. 127.0.0.1:7003  
  8. Adding replica 127.0.0.1:7004 to 127.0.0.1:7001  
  9. Adding replica 127.0.0.1:7005 to 127.0.0.1:7002  
  10. Adding replica 127.0.0.1:7006 to 127.0.0.1:7003  
  11. M: dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a 127.0.0.1:7001  
  12.    slots:0-5460 (5461 slots) master  
  13. M: e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff 127.0.0.1:7002  
  14.    slots:5461-10922 (5462 slots) master  
  15. M: 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234 127.0.0.1:7003  
  16.    slots:10923-16383 (5461 slots) master  
  17. S: ec02c9ef3acee069e8849f143a492db18d4bb06c 127.0.0.1:7004  
  18.    replicates dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a  
  19. S: 83e5a8bb94fb5aaa892cd2f6216604e03e4a6c75 127.0.0.1:7005  
  20.    replicates e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff  
  21. S: 10c097c429ca24f8720986c6b66f0688bfb901ee 127.0.0.1:7006  
  22.    replicates 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234  
  23. Can I set the above configuration? (type ‘yes‘ to accept): yes  
  24. >>> Nodes configuration updated  
  25. >>> Assign a different config epoch to each node  
  26. >>> Sending CLUSTER MEET messages to join the cluster  
  27. Waiting for the cluster to join......  
  28. >>> Performing Cluster Check (using node 127.0.0.1:7001)  
  29. M: dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a 127.0.0.1:7001  
  30.    slots:0-5460 (5461 slots) master  
  31. M: e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff 127.0.0.1:7002  
  32.    slots:5461-10922 (5462 slots) master  
  33. M: 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234 127.0.0.1:7003  
  34.    slots:10923-16383 (5461 slots) master  
  35. M: ec02c9ef3acee069e8849f143a492db18d4bb06c 127.0.0.1:7004  
  36.    slots: (0 slots) master  
  37.    replicates dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a  
  38. M: 83e5a8bb94fb5aaa892cd2f6216604e03e4a6c75 127.0.0.1:7005  
  39.    slots: (0 slots) master  
  40.    replicates e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff  
  41. M: 10c097c429ca24f8720986c6b66f0688bfb901ee 127.0.0.1:7006  
  42.    slots: (0 slots) master  
  43.    replicates 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234  
  44. [OK] All nodes agree about slots configuration.  
  45. >>> Check for open slots...  
  46. >>> Check slots coverage...  
  47. [OK] All 16384 slots covered.  

 

 

       上面显示创建成功，有3个主节点，3个从节点，每个节点都是成功连接状态。

 

       3个主节点[M]以及分配的哈希卡槽如下：

  M: dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a 127.0.0.1:7001
       slots:0-5460 (5461 slots) master
  M: e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff 127.0.0.1:7002
       slots:5461-10922 (5462 slots) master
  M: 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234 127.0.0.1:7003
       slots:10923-16383 (5461 slots) master

      

          3个从节点[S]以及附属的主节点如下：

          S: ec02c9ef3acee069e8849f143a492db18d4bb06c 127.0.0.1:7004
             replicates dfd510594da614469a93a0a70767ec9145aefb1a
          S: 83e5a8bb94fb5aaa892cd2f6216604e03e4a6c75 127.0.0.1:7005
             replicates e02eac35110bbf44c61ff90175e04d55cca097ff
          S: 10c097c429ca24f8720986c6b66f0688bfb901ee 127.0.0.1:7006
             replicates 4385809e6f4952ecb122dbfedbee29109d6bb234

 

        以上集群安装成功了，如果安装未成功报如下错误
       >>> Creating cluster
       [ERR] Sorry, can‘t connect to node  ....

          需要安装最新的ruby源码，下载

           

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  1. [[email protected] redis-cluster]# tar -zxvf ruby-2.3.1.tar.gz   
  2. [[email protected] redis-cluster]# cd    
  3. [[email protected] redis-cluster]# ./configure --prefix=/usr/local/ruby-2.3.1    
  4. [[email protected] redis-cluster]# make && make install       
  5. [[email protected] redis-cluster]#gem install redis    

 

         还有一种情况是，在VMware做测试的时间（都在一台服务器时），ip应该使用127.0.0.1，如果使用局域网ip，也会报节点创建失败。

        技术分享

三、redis集群的测试

     1、测试存取值

         客户端连接集群redis-cli需要带上 -c ，redis-cli -c -p 端口号

     

[plain] view plain copy  技术分享技术分享
  1. [[email protected] redis01]# ./redis-cli -c -p 7001  
  2. 127.0.0.1:7001> set name andy  
  3. -> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:7002  
  4. OK  
  5. 127.0.0.1:7002> get name  
  6. "andy"  
  7. 127.0.0.1:7002>   

 

 

        根据redis-cluster的key值分配，name应该分配到节点7002[5461-10922]上，上面显示redis cluster自动从7001跳转到了7002节点。

       我们可以测试一下7006从节点获取name值

 

[plain] view plain copy  技术分享技术分享
  1. [[email protected] redis06]# ./redis-cli -c -p 7006  
  2. 127.0.0.1:7006> get name  
  3. -> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:7002  
  4. "andy"  
  5. 127.0.0.1:7002>   



 

        7006位7003的从节点，从上面也是自动跳转至7002获取值，这也是redis cluster的特点，它是去中心化，每个节点都是对等的，连接哪个节点都可以获取和设置数据。

 

 

四、集群节点选举

         现在模拟将7002节点挂掉，按照redis-cluster原理会选举会将 7002的从节点7005选举为主节点。

        

[plain] view plain copy  技术分享技术分享
  1. [[email protected] redis-cluster]# ps -ef | grep redis  
  2. root       7950      1  0 12:50 ?        00:00:28 ./redis-server 127.0.0.1:7001 [cluster]  
  3. root       7952      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7002 [cluster]  
  4. root       7956      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7003 [cluster]  
  5. root       7960      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7004 [cluster]  
  6. root       7964      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7005 [cluster]  
  7. root       7966      1  0 12:50 ?        00:00:29 ./redis-server 127.0.0.1:7006 [cluster]  
  8. root      11346  10581  0 14:57 pts/2    00:00:00 grep --color=auto redis  
  9. [[email protected] redis-cluster]# kill 7952  

 

 

        在查看集群中的7002节点

 

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  1. [[email protected] redis-cluster]#   
  2. [[email protected] redis-cluster]# ./redis-trib.rb check 127.0.0.1:7002  
  3. [ERR] Sorry, can‘t connect to node 127.0.0.1:7002  
  4. [[email protected] redis-cluster]# ./redis-trib.rb check 127.0.0.1:7005  
  5. >>> Performing Cluster Check (using node 127.0.0.1:7005)  
  6. M: a5db243087d8bd423b9285fa8513eddee9bb59a6 127.0.0.1:7005  
  7.    slots:5461-10922 (5462 slots) master  
  8.    0 additional replica(s)  
  9. S: 50ce1ea59106b4c2c6bc502593a6a7a7dabf5041 127.0.0.1:7004  
  10.    slots: (0 slots) slave  
  11.    replicates dd19221c404fb2fc4da37229de56bab755c76f2b  
  12. M: f9886c71e98a53270f7fda961e1c5f730382d48f 127.0.0.1:7003  
  13.    slots:10923-16383 (5461 slots) master  
  14.    1 additional replica(s)  
  15. M: dd19221c404fb2fc4da37229de56bab755c76f2b 127.0.0.1:7001  
  16.    slots:0-5460 (5461 slots) master  
  17.    1 additional replica(s)  
  18. S: 8bb3ede48319b46d0015440a91ab277da9353c8b 127.0.0.1:7006  
  19.    slots: (0 slots) slave  
  20.    replicates f9886c71e98a53270f7fda961e1c5f730382d48f  
  21. [OK] All nodes agree about slots configuration.  
  22. >>> Check for open slots...  
  23. >>> Check slots coverage...  
  24. [OK] All 16384 slots covered.  
  25. [[email protected] redis-cluster]#   


      可以看到集群连接不了7002节点，而7005有原来的S转换为M节点，代替了原来的7002节点。我们可以获取name值：

 

 

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  1. [[email protected] redis01]# ./redis-cli -c -p 7001  
  2. 127.0.0.1:7001> get name  
  3. -> Redirected to slot [5798] located at 127.0.0.1:7005  
  4. "andy"  
  5. 127.0.0.1:7005>   
  6. 127.0.0.1:7005>   


   从7001节点连入，自动跳转到7005节点，并且获取name值。

 

 

    现在我们将7002节点恢复，看是否会自动加入集群中以及充当的M还是S节点。

      

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  1. [[email protected] redis-cluster]# cd redis02  
  2. [[email protected] redis02]# ./redis-server redis.conf   
  3. [[email protected] redis02]#   

 

 

     在check一下7002节点

 

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  1. [[email protected] redis-cluster]# ./redis-trib.rb check 127.0.0.1:7002  
  2. >>> Performing Cluster Check (using node 127.0.0.1:7002)  
  3. S: 1f07d76585bfab35f91ec711ac53ab4bc00f2d3a 127.0.0.1:7002  
  4.    slots: (0 slots) slave  
  5.    replicates a5db243087d8bd423b9285fa8513eddee9bb59a6  
  6. M: f9886c71e98a53270f7fda961e1c5f730382d48f 127.0.0.1:7003  
  7.    slots:10923-16383 (5461 slots) master  
  8.    1 additional replica(s)  
  9. M: a5db243087d8bd423b9285fa8513eddee9bb59a6 127.0.0.1:7005  
  10.    slots:5461-10922 (5462 slots) master  
  11.    1 additional replica(s)  
  12. S: 50ce1ea59106b4c2c6bc502593a6a7a7dabf5041 127.0.0.1:7004  
  13.    slots: (0 slots) slave  
  14.    replicates dd19221c404fb2fc4da37229de56bab755c76f2b  
  15. S: 8bb3ede48319b46d0015440a91ab277da9353c8b 127.0.0.1:7006  
  16.    slots: (0 slots) slave  
  17.    replicates f9886c71e98a53270f7fda961e1c5f730382d48f  
  18. M: dd19221c404fb2fc4da37229de56bab755c76f2b 127.0.0.1:7001  
  19.    slots:0-5460 (5461 slots) master  
  20.    1 additional replica(s)  
  21. [OK] All nodes agree about slots configuration.  
  22. >>> Check for open slots...  
  23. >>> Check slots coverage...  
  24. [OK] All 16384 slots covered.  
  25. [[email protected] redis-cluster]#   

 

 

    可以看到7002节点变成了a5db243087d8bd423b9285fa8513eddee9bb59a6 7005的从节点。








































以上是关于Redis Cluster的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

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Linux学习之路-集群及LVS24---20180213