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Redis Cluster 模式

虽然 Redis Sentinel 集群提供了出色的故障转移支持，但其本身不提供数据分片，所有数据仍然驻留在单个 Redis 实例上，并受到该实例的内存和性能限制，因此可能会影响系统在处理大型数据集和高读/写操作时的水平扩展能力。

KubeBlocks 现已支持 Redis Cluster 模式。该模式不仅允许更大的内存分布，还支持并行处理，从而显著地提高了数据密集型操作的性能。本文档将简要介绍 Redis Cluster 模式及其基本操作。

什么是 Redis Cluster 模式​

Redis Cluster 是 Redis 数据库的一种分布式部署模式，用于在多个节点上水平扩展数据存储和提高系统的可用性。

在 Redis Cluster 中，集群通过分片（sharding）模式来对数据进行管理，并具备分片间数据复制、故障转移和流量调度的能力。这种分片机制允许将大量数据分散存储在不同的节点上，从而实现数据的横向扩展和负载均衡。

Redis Cluster 采用主从复制的方式保证数据的高可用性。每个主节点可以有一个或多个从节点，从节点复制主节点的数据并提供读取服务。当主节点发生故障时，从节点可以自动接管主节点的功能，并继续提供服务，从而实现故障转移和容错性。

Redis Cluster 还提供集群的节点间通信和数据迁移机制。当集群中的节点发生变更（如新增节点、节点故障、节点移除）时，Redis Cluster 会自动进行数据迁移和重新分片，以保持数据的平衡和可用性。

基本运维操作​

下面简单介绍 Redis Cluster 的基本运维操作。

开始之前​

  • 安装 KubeBlocks。

    • KubeBlocks 及 Addon 的版本都需要 0.9 版本以上。

  • 确保 Redis 引擎已启用。

  • 查看可用于创建集群的数据库类型和版本。

    Make sure you can get the redis componentdefinition. It is used to describe and define the components in a database cluster, and usually presents basic information such as the name, type, version, status, etc. 查看 redis 组件定义是否可用。组件定义用于描述和定义数据库集群的组件，通常呈现诸如名称、类型、版本、状态等基本信息。

    kubectl get componentdefinition redis-cluster-7.0
    >
    NAME                SERVICE         SERVICE-VERSION   STATUS      AGE
    redis-cluster-7.0   redis-cluster   7.0.6             Available   33m

  • 为了保持隔离，本文档中创建一个名为 demo 的独立命名空间。

    kubectl create namespace demo
    >
    namespace/demo created

创建集群​

因为 Redis Cluster 是基于最新的 ShardingSpec API 创建的，目前只支持通过 helm 或者 kubectl apply yaml 创建。

备注

Redis Cluster 至少需要三个分片，所以分片数量不能小于 3。

# 示例一：生产一个具有三个分片，每个分片一个副本（一主一备）的 Redis Cluster 集群
helm install redisc xxxxx(chart remote address) --set mode=cluster --set redisCluster.shardCount=3 --set replicas=2 -n demo

# 示例二：生产一个具有三个分片，每个分片一个副本（一主一备）， 并开启 NodePort 访问的 Redis cluster 集群
helm install redisc xxxxx(chart remote address) --set mode=cluster --set nodePortEnabled=true --set redisCluster.shardCount=3 --set replicas=2 -n demo

创建后，观察集群状态变成 running 后，并通过 kubectl get component -n demo | grep redisc-shard 命令看到对应的角色。

kubectl get component -n demo | grep redisc-shard
>
redisc-shard-5hn            redis-cluster          Running   79m
redisc-shard-7zk            redis-cluster          Running   79m
redisc-shard-5tw            redis-cluster          Running   79m

连接集群​

Redis Cluster 需要使用特定的客户端 SDK 进行连接，目前不同的主流编程语言都有对应的 Redis Cluster 客户端 SDK 实现，可以根据实际需求选择。例如 Java 的 Jedis 或者 Lettuce，Golang 的 go-redis 等，这部分可以参考对应 SDK 的文档。

需要注意的是，在使用 SDK 时需要在 SDK 中配置 Redis Cluster 各个节点的地址，根据上述创建集群时是否开启 NodePort 的不同，分为两种情况：

示例 1: 未开启 Nodeport

配置每个 Shard 对应 Pod 对应的 headless 地址。

redisc-shard-qst-0.redisc-shard-qst-headless:6379
redisc-shard-qst-1.redisc-shard-qst-headless:6379
redisc-shard-kr2-0.redisc-shard-kr2-headless:6379
redisc-shard-kr2-1.redisc-shard-kr2-headless:6379
redisc-shard-mv6-0.redisc-shard-mv6-headless:6379
redisc-shard-mv6-1.redisc-shard-mv6-headless:6379

示例 2: 开启 NodePort

Configure each Pod's HostIP and the corresponding NodePort.

# 例如 172.18.0.3 是 redisc-shard-qst-0 所在节点的主机 ip，32269 是 redis 6379 服务端口映射的 NodePort
172.18.0.3:32269 
172.18.0.4:32051
172.18.0.5:32650
172.18.0.6:30151
172.18.0.7:31603
172.18.0.8:31718

分片扩缩容​

备注

  1. 目前仅支持一次性扩容或者缩容一个分片节点，如需要扩缩多个分片，需要串行操作，后续版本会进行优化。

  2. 暂不支持通过 OpsRequest 操作对分片进行扩缩容，后续版本会支持。

使用 kubectl patch 更新 shards 字段，对分片进行扩缩容。

# 扩容成4分片
kubectl patch cluster redisc --type='json' -p='[{"op": "replace", "path": "/spec/shardingSpecs/0/shards", "value":4}]' -n demo

# 重新缩容成3分片
kubectl patch cluster redisc --type='json' -p='[{"op": "replace", "path": "/spec/shardingSpecs/0/shards", "value":3}]' -n demo

分片副本扩缩容​

分片副本数量对所有分片生效。

使用 kubectl patch 更新 replicas 字段，对分片副本进行扩缩容。

# Scale to 3 replicas (1 master and 2 replicas per shard)
kubectl patch cluster redisc --type='json' -p='[{"op": "replace", "path": "/spec/shardingSpecs/0/template/replicas", "value": 3}]' -n default

资源变配​

apiVersion: apps.kubeblocks.io/v1alpha1
kind: OpsRequest
metadata:
  name: vertical-scaling-redisc
spec:
  clusterName: redisc
  verticalScaling:
  - componentName: shard
    limits: 
      cpu: 2
      memory: 4Gi
    requests:
      cpu: 2
      memory: 4Gi  
  type: VerticalScaling

磁盘扩容​

apiVersion: apps.kubeblocks.io/v1alpha1
kind: OpsRequest
metadata:
  name: volume-expand-redisc
spec:
  clusterName: redisc
  volumeExpansion:
  - componentName: shard
    volumeClaimTemplates:
    - name: data
      storage: 200Gi
  type: VolumeExpansion

重启​

当前暂不支持重启 Redis Cluster。

停止/启动​

apiVersion: apps.kubeblocks.io/v1alpha1
kind: OpsRequest
metadata:
  name: stop-redisc
spec:
  clusterName: redisc
  type: Stop
apiVersion: apps.kubeblocks.io/v1alpha1
kind: OpsRequest
metadata:
  name: start-redisc
spec:
  clusterName: redisc
  type: Start

备份恢复​

备份集群：

apiVersion: apps.kubeblocks.io/v1alpha1
kind: OpsRequest
metadata:
  name: backup-redisc-1
spec:
  clusterName: redisc
  type: Backup
  backup:
    backupMethod: datafile
    backupName: backup-redisc-1
    backupPolicyName: redisc-redis-backup-policy
    deletionPolicy: Delete

恢复集群：

apiVersion: apps.kubeblocks.io/v1alpha1
kind: OpsRequest
metadata:
  name: restore-redisc-backup
spec:
  clusterName: restore-redisc
  type: Backup
  restore:
    backupName: backup-redisc-1