《Redis设计与实现》读书笔记（三十） ——Redis集群节点复制与故障转移

《Redis设计与实现》读书笔记（三十） ——Redis集群节点复制与故障转移

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1、概述

redis集群的节点，分为主节点和从节点，主节点负责处理槽，从节点复制主节点的数据，并且在复制的主节点下线时，替代主节点。集群中可以有多个主节点。

如上图，7000~7003都是主节点，7004和7005作为从节点复制7000节点，当7000下线则7004和7005有一个会被选为主节点，替代7000。

例如7004被选为主节点，则7004替代7000管理7000原先负责的槽，而7005则复制7004。当7000重新上线，也会成为7004的从节点。

2、设置从节点

命令如下：clusterreplicate <node_id>，则将当前节点设置为node_id的从节点，并对其进行复制。

设置过程如下：

1）接收到该命令的节点，会先在自身结构的clusterState结构体的nodes数组中，找到对应的节点的clusterNode，使用slaveof属性来记录主节点。

         structclusterNode{
         //….其他内容
         struct clusterNode *slaveof;
         };

2）修改自身的flags属性，去掉redis_node_master，加上redis_node_slave，表示变成从属节点。

3）调用复制的代码，根据上述slaveof保存的主节点的信息中的ip和端口号，去获取数据。

因此，cluster replicate命令等同于单机情况下的主从复制中的slaveof命令。

命令执行完毕后，该节点会在集群中发送消息给其他节点告知。

其他节点都会在各自保存主节点结构的结构体中，对应的numslaves属性记录该节点的从节点个数，以及slaves数组，该数组每个属性记录的是指向该节点从节点的clusterNode指针。

struct clusterNode{
         //….其他内容
         int numslaves;
         struct clusterNode **slaves;
};

3、故障检测

每个节点都会定期给其他节点发送ping信息，以此检测对方是否在线，如果在规定时间内ping没有得到返回，则认为疑似下线。如果节点认为某个节点疑似下线，就会在保存那个节点的clusterNode结构体中，flags属性加上redis_node_pfail属性。

每个节点自身的clusterNode结构体中，都有一个属性是fail_reports，该属性是一个链表，用于记录其他节点的下线报告。

         structclusterNode{
         //….其他内容
         list *fail_reports;
         };

list中的每一个元素，都是一个clusterNodeFailReport结构体，结构如下：

struct clusterNodeFailReport{
   struct clusterNode *node;//指向下线节点的指针
   mstime_t time;//最后一次从node节点收到的下线报告时间，为了节约空间，如果与当前时间相差太久，该结构体会被删除
};

在一个集群中，半数以上的节点认为某个节点疑似下线，则该节点被认定为已下线。并且会广播给集群的所有节点。

4、故障转移

当一个从节点发现自己正在复制的主节点已下线状态，则会开始进行故障转移。步骤如下：

1）复制下线主节点的所有从节点，有一个被选中。

2）被选中的从节点，执行slaveofno one命令，变成主节点。

3）新主节点撤销对原主节点的槽指派，并指派给自己。

4）新主节点向集群发一条pong信息，告知集群其已经变成主节点。

5）新主节点开始处理槽有关的工作，故障转移完成。

5、选举新主节点方式

新主节点是通过选举产生，方法如下：

1）集群配置纪元是一个计数器，默认是0。

2）集群中进行一次故障转移，增1。

3）每个配置纪元期间，集群中负责处理槽的主节点都有一次投票的机会，其会投票给最先要求其投票给节点的节点。

4）当从节点发现主节点下线，会向集群广播clustermsg_type_failover_auth_request信息，要求所有接收到该信息并且具备投票权的主节点，给该从节点投票。

5）如果主节点具备投票权，并且尚未投给其他节点，则会对该节点回复clustermsg_type_failover_auth_ack，告知其投票。

6）每个参选的主节点都会接受clustermsg_type_failover_auth_ack回复，并记录支持的数量。

7）当集群有n个主节点，则从节点获得的票数大于或等于1+n/2时（即过半），则成为新的主节点。

8）如果一个配置纪元内，没有节点票数满足要求，则进入一个新的配置纪元，重新上述步骤。

主节点的选取方式和选取领头sentinel的方式很相似，都是raft算法的领头选举。

——written by linhxx 2017.09.18