Twemproxy 代理Redis集群

Twemproxy 概述

Twemproxy（又称为nutcracker）是一个轻量级的Redis和Memcached代理，主要用来减少对后端缓存服务器的连接数。Twemproxy是由Twitter开源出来的缓存服务器集群管理工具，主要用来弥补Redis/Memcached 对集群（cluster）管理的不足。

antirez（Redis作者）写过一篇对twemproxy的介绍，他认为twemproxy是目前Redis 分片管理的最好方案，虽然antirez的Redis cluster正在实现并且对其给予厚望，但从现有的cluster实现上还是认为cluster除了增加Redis复杂度，对于集群的管理没有twemproxy来的轻量和有效。

Twemproxy特性

轻量级、快速
保持长连接
减少了直接与缓存服务器连接的连接数量
使用 pipelining 处理请求和响应
支持代理到多台服务器上
同时支持多个服务器池
自动分片数据到多个服务器上
实现完整的 memcached 的 ASCII 和再分配协议
通过 yaml 文件配置服务器池
支持多个哈希模式，包括一致性哈希和分布
能够配置删除故障节点
可以通过端口监控状态
支持 linux, *bsd,os x 和 solaris

功能

通过代理的方式减少缓存服务器的连接数。
自动在多台缓存服务器间共享数据。
通过不同的策略与散列函数支持一致性散列。
通过配置的方式禁用失败的结点。
运行在多个实例上，客户端可以连接到首个可用的代理服务器。
支持请求的流式与批处理，因而能够降低来回的消耗。

集群架构

Twemproxy 安装

1.编译安装：

autoconf下载地址：http://ftp.gnu.org/gnu/autoconf/autoconf-2.69.tar.gz
twemproxy下载地址：https://codeload.github.com/twitter/twemproxy/zip/master
twemproxy的安装要求autoconf的版本在2.64以上，否则提示"error: Autoconf version 2.64 or higher is required"。

查找旧版本autoconf，并且卸载

rpm -qf /usr/bin/autoconf  
rpm -e --nodeps autoconf-2.63

安装最新版本

tar zxvf autoconf-2.69.tar.gz 
cd autoconf-2.69 
./configure --prefix=/usr 
make && make install

编译安装twemproxy

unzip twemproxy-master.zip
cd twemproxy-master
autoreconf -fvi
./configure --prefix=/usr/local/twemproxy
make -j 8
make install

设置环境变量：

 echo "PATH=$PATH:/usr/local/twemproxy/sbin/" >> /etc/profile
 source /etc/profile

2.创建相关目录（存放配置文件和pid文件）

cd /usr/local/twemproxy
mkdir run conf

3.添加proxy配置文件

vim /usr/local/twemproxy/conf/nutcracker.yml

twemproxy命令行选项：

Usage: nutcracker [-?hVdDt] [-v verbosity level] [-o output file]
[-c conf file] [-s stats port] [-a stats addr]
[-i stats interval] [-p pid file] [-m mbuf size]

-h, –help : 查看帮助文档，显示命令选项
-V, –version : 查看nutcracker版本
-t, –test-conf : 测试配置脚本的正确性
-d, –daemonize : 以守护进程运行
-D, –describe-stats : 打印状态描述
-v, –verbosity=N : 设置日志级别 (default: 5, min: 0, max: 11)
-o, –output=S : 设置日志输出路径，默认为标准错误输出 (default: stderr)
-c, –conf-file=S : 指定配置文件路径 (default: conf/nutcracker.yml)
-s, –stats-port=N : 设置状态监控端口，默认22222 (default: 22222)
-a, –stats-addr=S : 设置状态监控IP，默认0.0.0.0 (default: 0.0.0.0)
-i, –stats-interval=N : 设置状态聚合间隔 (default: 30000 msec)
-p, –pid-file=S : 指定进程pid文件路径，默认关闭 (default: off)
-m, –mbuf-size=N : 设置mbuf块大小，默认16384 bytes

启动twemproxy服务

检测配置文件:

./sbin/nutcracker -t
nutcracker: configuration file 'conf/nutcracker.yml' syntax is ok

注意：默认检查命令会检查所在路径的conf下面的nutcracker.yml文件。

启动命令：

./sbin/nutcracker -d -c /usr/local/twemproxy/conf/nutcracker.yml -p /usr/local/twemproxy/run/redisproxy.pid -o /usr/local/twemproxy/run/redisproxy.log

查看是否启动成功：

ps -ef|grep nutcracker

Twemproxy 配置

Twemproxy 通过YAML文件配置，例如：

alpha:
  listen: 0.0.0.0:22121
  hash: fnv1a_64
  distribution: ketama
  auto_eject_hosts: true
  redis: true
  server_retry_timeout: 2000
  server_failure_limit: 1
  servers: --两台redis服务器的地址和端口
   - 10.23.22.240:6379:1   
   - 10.23.22.241:6379:1

说明：

listen
twemproxy监听地址，支持UNIX域套接字。

hash
可以选择的key值的hash算法：

one_at_a_time
md5
crc16
crc32 (crc32 implementation compatible with libmemcached)
crc32a (correct crc32 implementation as per the spec)
fnv1_64
fnv1a_64，默认选项
fnv1_32
fnv1a_32
hsieh
murmur
jenkins

hash_tag
hash_tag允许根据key的一个部分来计算key的hash值。hash_tag由两个字符组成，一个是hash_tag的开始，另外一个是hash_tag的结束，在hash_tag的开始和结束之间，是将用于计算key的hash值的部分，计算的结果会用于选择服务器。

例如：如果hash_tag被定义为”{}”，那么key值为"user:{user1}:ids"和"user:{user1}:tweets"的hash值都是基于”user1”，最终会被映射到相同的服务器。而"user:user1:ids"将会使用整个key来计算hash，可能会被映射到不同的服务器。

distribution
存在ketama、modula和random3种可选的配置。其含义如下：

ketama，一致性hash算法，会根据服务器构造出一个hash ring，并为ring上的节点分配hash范围。ketama的优势在于单个节点添加、删除之后，会最大程度上保持整个群集中缓存的key值可以被重用。
modula，根据key值的hash值取模，根据取模的结果选择对应的服务器；
random，无论key值的hash是什么，都随机的选择一个服务器作为key值操作的目标；

timeout

单位是毫秒，是连接到server的超时值。默认是永久等待。

backlog
监听TCP 的backlog（连接等待队列）的长度，默认是512。

preconnect
是一个boolean值，指示twemproxy是否应该预连接pool中的server。默认是false。

redis
是一个boolean值，用来识别到服务器的通讯协议是redis还是memcached。默认是false。

server_connections
每个server可以被打开的连接数。默认，每个服务器开一个连接。

auto_eject_hosts
是一个boolean值，用于控制twemproxy是否应该根据server的连接状态重建群集。这个连接状态是由server_failure_limit阀值来控制。
默认是false。

server_retry_timeout
单位是毫秒，控制服务器连接的时间间隔，在auto_eject_host被设置为true的时候产生作用。默认是30000 毫秒。

server_failure_limit
控制连接服务器的次数，在auto_eject_host被设置为true的时候产生作用。默认是2。

servers
一个pool中的服务器的地址、端口和权重的列表，包括一个可选的服务器的名字，如果提供服务器的名字，将会使用它决定server的次序，从而提供对应的一致性hash的hash ring。否则，将使用server被定义的次序。

连接twemproxy

和连接redis 一摸一样，只是端口换成了22121:

redis-cli -p 22121
127.0.0.1:22121> get kin
"kin"
127.0.0.1:22121> set kin king
OK
127.0.0.1:22121> get kin
"king"

Twemproxy 监控

Twemproxy 监控端口默认为22222，并每隔30s收集一次信息。

nutcracker --describe-stats

报告的信息如下：

pool stats:
  client_eof          "# eof on client connections"
  client_err          "# errors on client connections"
  client_connections  "# active client connections"
  server_ejects       "# times backend server was ejected"
  forward_error       "# times we encountered a forwarding error"
  fragments           "# fragments created from a multi-vector request"

server stats:
  server_eof          "# eof on server connections"
  server_err          "# errors on server connections"
  server_timedout     "# timeouts on server connections"
  server_connections  "# active server connections"
  requests            "# requests"
  request_bytes       "total request bytes"
  responses           "# responses"
  response_bytes      "total response bytes"
  in_queue            "# requests in incoming queue"
  in_queue_bytes      "current request bytes in incoming queue"
  out_queue           "# requests in outgoing queue"
  out_queue_bytes     "current request bytes in outgoing queue"

性能测试

用redis自带的redis-benchmark进行性能测试：

set 测试：

twemproxy:

redis-benchmark -h 10.23.22.240 -p 22121 -c 100 -t set -d 100

原生redis:

redis-benchmark -h 10.23.22.241 -p 6379 -c 100 -t set -d 100

Get测试

twemproxy:

redis-benchmark -h 10.23.22.240 -p 22121 -c 100 -t get -d 100

原生redis:

redis-benchmark -h 10.23.22.241 -p 6379 -c 100 -t get -d 100

Twemproxy优缺点

优缺点：

1.前端使用 Twemproxy 做代理，后端的 Redis 数据能基本上根据 key 来进行比较均衡的分布。

2.后端一台 Redis 挂掉后，Twemproxy 能够自动摘除。恢复后，Twemproxy 能够自动识别、恢复并重新加入到 Redis 组中重新使用。

注意点：

1.Redis 挂掉后，后端数据是否丢失依据 Redis 本身的策略配置，与 Twemproxy 基本无关。

缺点：

1.当redis集群动态添加节点时，Twemproxy 需要重启才能生效,并且数据不会自动重新 Reblance，需要人工单独写脚本来实现。

2.性能上的损耗，作者是说最差情况下，性能损耗不会多于20%。

3.单点问题，需要使用keepalived vip做高可用或者使用 HAProxy 进行负载均衡。

4.不支持Redis的事务操作

5.不支持针对多个值的操作，比如取sets的子交并补等（MGET 和 DEL 除外）