Redis Cluster

Я вже якось писав про базові можливості Redis і про способи забезпечення вищої доступності. Але цей цикл статей не був би повний без статті про Redis Cluster, інсталяції, що покриває як питання високої доступності, так і шардингу. 

1. INTRO

Redis Cluster має наступні переваги/особливості:

• Висока доступність та горизонтальне масштабування до 1000 вузлів. Проте consistent hashing відсутній: при додаванні чи видаленні серверів із кластеру необхідно самому попіклуватись про рівномірний розподіл та переміщеня даних в кластері. Деякі з цих проблем вирішені в Enterprise версії.
• Асинхронна синхронізація зі слейвами. Тобто кластер не гарантує консистентності операцій, тож при певному збігу обставин (наприклад фейловер процес) деякі дані можуть бути втраченими. Але це позитивно впливає на продуктивність.
• Відсутність тразакцій/multiple-keys операцій (MULTI, EXEC, DISCARD, WATCH ), але це можна дещо пом'якшити із простановкою hash tag для ключів. Це пов'язано із самим процесом хешування (алгоритмом розміщення даних в кластері): перший ключ при записі може потрапити на перший сервер, а наступний після нього - на останній. Тож можливо код клієнта треба буде дещо змінити.
• Одна із основних переваг Redis Cluster - це шардинг. Тобто великі об'єми даних можна розділити на групи серверів. У випадку Redis Sentinel він обмежений кількістю оперативної пам'яті сервера. До речі, Enterprise версія вміє використовувати кеш SSD-диску. 
• Slave-вузли не простоюють, а забезпечують операції читання для кінцевих клієнтів. Хоч звісно можливі випадки надання не найсвіжіших даних через асинхронну природу реплікації.
• Наявність replica migration. Тобто майстри, що мають декілька реплік, можуть ділитись реплікою із іншим майстром, який її потребує.

Із деталями будемо розбиратись в процесі налаштування. Cluster функціонал з'явився починаючи із версії 3, де його створенням та розподіленням даних в кластері ще займався ruby-скрипт. Наразі все інтегровано в redis-cli утиліту.

Redis Sentinel

У цій статті піде мова про Sentinel - один із способів забезпечення високої доступності Redis. Забігаючи наперед, скажу, що Redis Sentinel не надає можливостей шардингу (sharding), тобто для збільшення простору збереження даних необхідно збільшувати кількість оперативної пам’яті сервера.

Дуже раджу попередньо ознайомитись з простою реплікацією Redis, про яку я писав дещо раніше. У двох словах, Redis Sentinel - це звичайна реплікація Redis, але з можливістю автоматичного міграції майстра на інший працюючий вузол, що був у реплікації. Після такої міграції майстра, попередній майстер, завдяки додатковому демону Sentinel, автоматично переконфігуровується в слейв, який може використовуватись лише для читання.

Для налаштування Redis Sentinel використаємо такі адреси:

192.168.1.39
192.168.1.42
192.168.1.43

Установимо пакети redis-server та redis-sentinel на кожен із серверів. У якості дистрибутиву я обрав останню LTS Ubuntu - 16.04. Зі стандартного репозиторію встановимо Redis та Sentinel:

# apt install redis-server
# apt install redis-sentinel

Зрештою, сервер Redis займе звичний порт 6379, а sentinel - 26379. Ясна річ, що ці порти мають бути відкритими в фаєрволі, якщо такий є.

Перезавантажимо Redis та перевіримо його роботу:

# redis-cli ping
PONG

Конфігурація кластера Sentinel не має викликати особливих труднощів. Перше, що необхідно перевірити - це те чи відкритий порт Redis для віддаленої роботи:

# vim /etc/redis/redis.conf
...
bind 0.0.0.0
...

Порт 6379 має працювати на нелокальному інтерфейсі для взаємодії Redis-процесу з іншими вузлами. Ця опція має приймати аналогічне значення і для Sentinel сервісу в /etc/redis/sentinel.conf.

Налаштовуємо Sentinel-процес:

# vim /etc/redis/sentinel.conf
...
sentinel monitor mymaster 192.168.1.39 6379 2
sentinel down-after-milliseconds mymaster 30000
sentinel failover-timeout mymaster 180000
sentinel parallel-syncs mymaster 1
...

Redis Replication: Master-Slave

Декілька тижнів тому, я писав базові можливості Redis та як з ним працювати. Також я обіцяв продовжити цикл статей про Редіс і розповісти про високу доступність, кластеризацію та реплікацію цього сервісу. Отже цього разу мова піде про вбудовану в Redis асинхронну реплікацію Master-Slave.

Redis має вбудовану Master-Slave реплікацію і особливості її наступні:

• Асинхронність, що на практиці означає, що дані лише з часом потрапляють на слейв. З версії 2.8 слейв періодично надсилає майстру підтвердження щодо того, скільки даних було cкопійовано.
• Майстер може мати декілька слейвів одночасно
• Слейви можуть бути підключені каскадно один до одного. Тобто для кожного наступного слейву, попередній слейв виступатиме джерелом даних для реплікації.
• Процес реплікації є неблокуючим для майстра. Це значить, що майстер продовжує відповідати на всі запити, навіть якщо слейв запитав початкову синхронізацію
• Процес реплікації також не є блокуючим і для слейвів, у разі, якщо в конфігураційних файлах дозволено використання старого набору даних для відповіді на запити. Інакше, є можливість заборонити такі дії і слати помилки клієнтам, якщо процес реплікації зупинений. 
• Реплікація може використовуватись для масштабування операцій читання: чим більше слейвів - тим швидше відбуваються операції читання, і тим більшу кількість запитів мають можливість обробити сервера. У разі падіння діючого майстра - слейв можна зробити новим майстром. Тобто слейви можуть використовуватись лише для читання, зі зрозумілих причин операції запису на них заблоковані.

Більш того, опціонально можна вимкнути механізм(и) збереження даних на диск на майстрі, задля підвищення швидкості його роботи. Так як слейви все реплікують - вони і будуть джерелом наповнення даних у разі падіння останнього. Але є одне але: у такому разі автозапуск Redis-процесу необхідно заборонити, адже інакше відсутні дані майстра (дивно звучить), після його можливого падіння, скопіюються і на слейви, що призведе до повного видалення баз. Але навіть так це достатньо ризиковано.

Redis Basics

Redis (REmote DIctionary Server) - високопродуктивна нереляційна база даних типу ключ-значення, розробку якої наразі фінансує Redis Labs, а раніше - Pivotal Software та VMware. Це програмне забезпечення з відкритим сирцевим кодом написане на мові C. Redis досить зрілий проект і має набір готових біндингів до різноманітних мов програмування.

Redis дуже часто розглядають як заміну Memcached, адже доступ до значень також відбувається по ключу. Проте він, на відміну від останнього, володіє купою переваг, серед яких:

• Можливість з певною частотою зберігати дані з оперативної в постійну пам'ять. Тож у разі падіння демона дані будуть наявні після рестарту. У останніх версіях Redis є можливість вести лог операцій запису. Щось на зразок бінлогу в MySQL.
• Більше можливих типів даних, котрі можуть зберігатись. Redis, окрім рядків (strings), підтримує збереження масивів (lists), хеш-таблиць (hash tables), множин (sets), сортованих множин (sorted sets), масиви біт (bitmaps) та HyperLogLog. Останні по-суті базуються на рядках (strings), які мають свою власну семантику. Детальніше про них далі.
• Реплікація (built-in), кластеризація (Redis Sentinel, Redis Cluster), шардинг (Redis Cluster), висока доступність (Redis Sentinel, Redis Cluster). Цього всього немає в ванільному Memcached, але воно так необхідне при створенні інфраструктур високої доступності.
• Підтримка транзакцій. Команди можуть бути виконані групою, і у разі невиконання однієї із них - відбудеться повернення на попередній стан. Також команди можна виконувати пакетами (виконуємо пачку команд, потім отримуємо пачку результатів).
• Підтримка механізму publish/subscribe. Програми, що використовують Redis, можуть створювати іменовані канали і додавати в них повідомлення, а інші програми, відповідно, можуть забирати дані з таких каналів. У моєму розумінні, це щось схоже на черги в RabbitMQ.