Codis——分布式Redis服务的解决方案

时间：2022-03-08 08:30:14

Codis——分布式Redis服务的解决方案

之前介绍过的 Twemproxy 是一种Redis代理，但它不支持集群的动态伸缩，而codis则支持动态的增减Redis节点；另外，官方的redis 3.0开始支持cluster。

Codis——分布式Redis服务的解决方案

codis和twemproxy最大的区别有两个：

  • codis支持动态水平扩展，对client完全透明不影响服务的情况下可以完成增减redis实例的操作；
  • codis是用go语言写的并支持多线程，twemproxy用C并只用单线程。 后者又意味着：codis在多核机器上的性能会好于twemproxy；codis的最坏响应时间可能会因为GC的STW而变大，不过go1.5发布后会显著降低STW的时间；如果只用一个CPU的话go语言的性能不如C，因此在一些短连接而非长连接的场景中，整个系统的瓶颈可能变成accept新tcp连接的速度，这时codis的性能可能会差于twemproxy。

codis和redis cluster的区别：

redis cluster基于smart client和无中心的设计，client必须按key的哈希将请求直接发送到对应的节点。这意味着：使用官方cluster必须要等对应语言的redis driver对cluster支持的开发和不断成熟；client不能直接像单机一样使用pipeline来提高效率，想同时执行多个请求来提速必须在client端自行实现异步逻辑。 而codis因其有中心节点、基于proxy的设计，对client来说可以像对单机redis一样去操作proxy（除了一些命令不支持），还可以继续使用pipeline并且如果后台redis有多个的话速度会显著快于单redis的pipeline。同时codis使用zookeeper来作为辅助，这意味着单纯对于redis集群来说需要额外的机器搭zk，不过对于很多已经在其他服务上用了zk的公司来说这不是问题：）

Codis 是豌豆荚公司开发的一个分布式 Redis 解决方案，用Go语言开发的。对于上层的应用来说，连接到 Codis Proxy 和连接原生的 Redis Server 没有明显的区别 （不支持的命令列表），Codis 底层会处理请求的转发，不停机的数据迁移等工作。所有后边的一切事情，对于前面的客户端来说是透明的，可以简单的认为后边连接的是一个内存无限大的 Redis 服务。

Codis 由四部分组成:

  • Codis Proxy (codis-proxy)，处理客户端请求，支持Redis协议，因此客户端访问Codis Proxy跟访问原生Redis没有什么区别；
  • Codis Dashboard (codis-config)，Codis 的管理工具，支持添加/删除 Redis 节点、添加/删除 Proxy 节点，发起数据迁移等操作。codis-config 本身还自带了一个 http server，会启动一个 dashboard，用户可以直接在浏览器上观察 Codis 集群的运行状态；
  • Codis Redis (codis-server)，Codis 项目维护的一个 Redis 分支，基于 2.8.21 开发，加入了 slot 的支持和原子的数据迁移指令；
  • ZooKeeper/Etcd，Codis 依赖 ZooKeeper 来存放数据路由表和 codis-proxy 节点的元信息，codis-config 发起的命令都会通过 ZooKeeper 同步到各个存活的 codis-proxy；

Codis 支持按照 Namespace 区分不同的产品，拥有不同的 product name 的产品，各项配置都不会冲突。

Codis——分布式Redis服务的解决方案

Codis 采用 Pre-sharding 的技术来实现数据的分片，默认分成 1024 个 slots (0-1023)，对于每个key来说，通过以下公式确定所属的 Slot Id：

SlotId = crc32(key) % 1024

每一个 slot 都会有一个且必须有一个特定的 server group id 来表示这个 slot 的数据由哪个 server group 来提供。数据的迁移也是以slot为单位的。

安装与部署

  1. 安装go；
  2. 安装codis 
    go get -u -d github.com/CodisLabs/codis
    
cd $GOPATH/src/github.com/CodisLabs/codis
    
make
  3. 安装zookeeper；
  4. 启动dashboard 
    bin/codis-config dashboard
  5. 初始化slots，在zk上创建slot相关信息 
    bin/codis-config slot init
  6. 启动codis-redis，跟官方redis server方法一样；
  7. 添加redis server group，每个 Group 作为一个 Redis 服务器组存在，只允许有一个 master, 可以有多个 slave，group id 仅支持大于等于1的整数。如: 添加两个 server group, 每个 group 有两个 redis 实例，group的id分别为1和2， redis实例为一主一从。
  8. bin/codis-config server add  localhost: master
    
bin/codis-config server add  localhost: slave
    
bin/codis-config server add  localhost: master
    
bin/codis-config server add  localhost: slave
  9. 设置server group 服务的 slot 范围，如设置编号为[0, 511]的 slot 由 server group 1 提供服务, 编号 [512, 1023] 的 slot 由 server group 2 提供服务 
    bin/codis-config slot range-set    online
    
bin/codis-config slot range-set    online
  10. 启动codis-proxy， 
    bin/codis-proxy -c config.ini -L ./log/proxy.log  --cpu= --addr=0.0.0.0: --http-addr=0.0.0.0:

    刚启动的 codis-proxy 默认是处于 offline状态的, 然后设置 proxy 为 online 状态, 只有处于 online 状态的 proxy 才会对外提供服务

    bin/codis-config -c config.ini proxy online <proxy_name>  <---- proxy的id, 如 proxy_1

数据迁移（migrate）

安全和透明的数据迁移是 Codis 提供的一个重要的功能，也是 Codis 区别于 Twemproxy 等静态的分布式 Redis 解决方案的地方。

数据迁移的最小单位是 key，我们在 codis redis 中添加了一些指令，实现基于key的迁移，如 SLOTSMGRT等 (命令列表)，每次会将特定 slot 一个随机的 key 发送给另外一个 codis redis 实例，这个命令会确认对方已经接收，同时删除本地的这个 k-v 键值，返回这个 slot 的剩余 key 的数量，整个操作是原子的。

在 codis-config 管理工具中，每次迁移任务的最小单位是 slot。如: 将slot id 为 [0-511] 的slot的数据，迁移到 server group 2上，--delay 参数表示每迁移一个 key 后 sleep 的毫秒数，默认是 0，用于限速。

bin/codis-config slot migrate    --delay=

迁移的过程对于上层业务来说是安全且透明的，数据不会丢失，上层不会中止服务。

注意，迁移的过程中打断是可以的，但是如果中断了一个正在迁移某个slot的任务，下次需要先迁移掉正处于迁移状态的 slot，否则无法继续 (即迁移程序会检查同一时刻只能有一个 slot 处于迁移状态)。

自动再平衡（auto rebalance）

Codis 支持动态的根据实例内存，自动对slot进行迁移，以均衡数据分布

bin/codis-config slot rebalance

要求:

  • 所有的codis-server都必须设置了maxmemory参数；
  • 所有的 slots 都应该处于 online 状态, 即没有迁移任务正在执行；
  • 所有 server group 都必须有 Master；

高可用（HA）

因为codis的proxy是无状态的，可以比较容易的搭多个proxy来实现高可用性并横向扩容。

对Java用户来说，可以使用经过我们修改过的Jedis，Jodis ，来实现proxy层的HA。它会通过监控zk上的注册信息来实时获得当前可用的proxy列表，既可以保证高可用性，也可以通过轮流请求所有的proxy实现负载均衡。如果需要异步请求，可以使用我们基于Netty开发的Nedis。

对下层的redis实例来说，当一个group的master挂掉的时候，应该让管理员清楚，并手动的操作，因为这涉及到了数据一致性等问题（redis的主从同步是最终一致性的）。因此codis不会自动的将某个slave升级成master。 不过我们也提供一种解决方案：codis-ha。这是一个通过codis开放的api实现自动切换主从的工具。该工具会在检测到master挂掉的时候将其下线并选择其中一个slave提升为master继续提供服务。

需要注意，codis将其中一个slave升级为master时，该组内其他slave实例是不会自动改变状态的，这些slave仍将试图从旧的master上同步数据，因而会导致组内新的master和其他slave之间的数据不一致。因为redis的slave of命令切换master时会丢弃slave上的全部数据，从新master完整同步，会消耗master资源。因此建议在知情的情况下手动操作。使用 codis-config server add <group_id> <redis_addr> slave 命令刷新这些节点的状态即可。codis-ha不会自动刷新其他slave的状态。

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