Redis系列之-Redis-Cluster

一 Redis Cluser介绍背景

1.1问题

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# 存在问题 
1 并发量：单机redis qps为10w/s,但是我们可能需要百万级别的并发量
2 数据量：机器内存16g--256g，如果存500g数据呢？

1.2 解决

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# 解决：加机器，分布式
redis cluster 在2015年的 3.0 版本加入了，满足分布式的需求

二 数据分布（分布式数据库）

2.1 存在问题

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假设全量的数据非常大，500g，单机已经无法满足，我们需要进行分区，分到若干个子集中

2.2 分区方式

分布方式特点产品
哈希分布 数据分散度高，建值分布于业务无关，无法顺序访问，支持批量操作 一致性哈希memcache，redis cluster，其他缓存产品
顺序分布 数据分散度易倾斜，建值业务相关，可顺序访问，支持批量操作 BigTable，HBase

2.2.1 顺序分区

1
 
# 原理：100个数据分到3个节点上 1--33第一个节点；34--66第二个节点；67--100第三个节点（很多关系型数据库使用此种方式）

2.2.2 哈希分区

1
 
# 原理：hash分区： 节点取余 ，假设3台机器， hash(key)%3,落到不同节点上

2.2.2 .1 节点取余分区

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节点扩容，添加一个节点，存在问题，很多数据需要偏移，总偏移量要大于80%

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推荐翻倍扩容，由3变成6，数据量迁移为50%，比80%降低

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# 总结：
客户端分片，通过hash+取余
节点伸缩，数据节点关系发生变化，导致影响数据迁移过大
迁移数量和添加节点数量有关：建议翻倍扩容

2.2.2 .2 一致性哈希分区

每个节点负责一部分数据，对key进行hash，得到结果在node1和node2之间，就放到node2中，顺时针查找

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假设添加一个新节点node5，现在只需要迁移一小部分数据，不会影响node3和node4的数据，只会迁移node1和node2的数据

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节点比较多的话合适，假设有1000个节点，加一个只要迁移千分之一的数据

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#总结：
客户端分片：哈希+顺时针（优化取余）
节点伸缩：只影响临近节点，但是还有数据迁移的情况
伸缩：保证最小迁移数据和无法保证负载均衡（这样总共5个节点，数据就不均匀了），翻倍扩容可以实现负载均衡

2.2.2 .3 虚拟槽分区

预设虚拟槽：每个槽映射一个数据子集，一般比节点数大

良好的哈希函数：如CRC16

服务端管理节点、槽、数据：如redis cluster（槽的范围0–16383）

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5个节点，把16384个槽平均分配到每个节点，客户端会把数据发送给任意一个节点，通过CRC16对key进行哈希对16383进行取余，算出当前key属于哪部分槽，属于哪个节点，每个节点都会记录是不是负责这部分槽，如果是负责的，进行保存，如果槽不在自己范围内，redis cluster是共享消息的模式，它知道哪个节点负责哪些槽，返回结果，让客户端找对应的节点去存
服务端管理节点，槽，关系

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三 集群搭建

3. 1 单机架构

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3.2 分布式架构

每个节点之间相互通信，都负责读写，客户端去存，如果不是当前节点，会返回应该存到哪个节点

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3.3 Redis Cluster架构

节点，meet，指派槽，复制，高可用

meet解释

A meet一下C，C回复一下，A meet一下B ，B回复一下，这样B和C也能相互感知，A，B，C之间就可以相关交互数据，所有节点共享消息

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指派槽

总共有16384个槽，平均分配到每个节点上

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3.4 原生安装

1 配置开启节点

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# 1 配置
port ${port}
daemonize yes
dir "/opt/redis/redis/data/"
logfile "${port}.log"

#masterauth  集群搭建时，主的密码
cluster-enabled yes  # 开启cluster
cluster-node-timeout 15000# 故障转移，超时时间 15s
cluster-config-file nodes-${port}.conf  # 给cluster节点增加一个自己的配置文件
cluster-require-full-coverage yes  #只要集群中有一个故障了，整个就不对外提供服务了，这个实际不合理，假设有50个节点，一个节点故障了，所有不提供服务了；，需要设置成no

# 2 开启6个节点
redis-server redis-7000.conf
redis-server redis-7001.conf
redis-server redis-7002.conf
redis-server redis-7003.conf
redis-server redis-7004.conf
redis-server redis-7005.conf

2 meet(相互通信)

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redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000 cluster meet 127.0.0.1 7001
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000 cluster meet 127.0.0.1 7002
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000 cluster meet 127.0.0.1 7003
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000 cluster meet 127.0.0.1 7004
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000 cluster meet 127.0.0.1 7005

3 指派槽

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redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000 cluster addslots {0...5461}
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000 cluster addslots {5462...10922}
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7000 cluster addslots {10923...16383}

4 主从

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# cluster replicate node-id
# 让7003复制7000
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7003 cluster replicate ${node-id-7000}
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7004 cluster replicate ${node-id-7001}
redis-cli -h 127.0.0.1 -p 7005 cluster replicate ${node-id-7002}
 
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# 实操
cd /opt/soft/redis/config
vim redis-7000.conf
# 写入
port 7000
daemonize yes
dir "/opt/soft/redis/data/"
logfile "7000.log"
dbfilename "dump-7000.rdb"
cluster-enabled yes
cluster-config-file nodes-7000.conf
cluster-require-full-coverage yes 
# 快速生成其他配置
sed 's/7000/7001/g' redis-7000.conf > redis-7001.conf
sed 's/7000/7002/g' redis-7000.conf > redis-7002.conf
sed 's/7000/7003/g' redis-7000.conf > redis-7003.conf
sed 's/7000/7004/g' redis-7000.conf > redis-7004.conf
sed 's/7000/7005/g' redis-7000.conf > redis-7005.conf
# 启动
./src/redis-server ./config/redis-7000.conf
ps -ef |grep redis
./src/redis-server ./config/redis-7001.conf
./src/redis-server ./config/redis-7002.conf
./src/redis-server ./config/redis-7003.conf
./src/redis-server ./config/redis-7004.conf
./src/redis-server ./config/redis-7005.conf

# 连接其中一个，set数据（失败，因为没有分配槽）
redis-cli -p 7000
set hello world #报错
# config文件夹下出现了：nodes-7000.conf，查看一下可以看到节点的id
# 也可以：
redis-cli -p 7000 cluster nodes
# 也可以:查看更详细信息
redis-cli -p 7000 cluster info

#### 节点握手（meet操作）
# 7000和7001 握手
redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.17001
# 查看握手情况
redis-cli -p 7000 cluster nodes # 可以看到已经达成了握手
redis-cli -p 7002 cluster nodes # 没有握手，还是孤立
# 继续握手
redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.17002
redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.17003
redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.17004
redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.17005
# 查看最后结果
redis-cli -p 7000 cluster info  # 可以看到6个节点握手成功了

#### 当前还是不可以读写，还没分配槽
redis-cli -p 7000 cluster addslots 0# 给7000分配第0个槽
# 这样一个个设置太麻烦，咱们写个脚本执行
mkdir script
cd script
vim addslots.sh
# 写入
start=$1
end=$2
port=$3
for slot in `seq ${start} ${end}`
do
	echo "slot:${slot}"
done
# 保存退出，测试
sh addslots.sh 040967000
# 写具体命令
start=$1
end=$2
port=$3
for slot in `seq ${start} ${end}`
do
	echo "slot:${slot}"
  redis-cli -p ${port} cluster addslots ${slot}
done

# 写入
sh addslots.sh 056417000
# 查看
redis-cli -p 7000
cluster info
cluster nodes
# 继续分槽
sh addslots.sh 5641109227001
sh addslots.sh 10923163837002
# 查看集群状态
redis-cli -p 7000 cluster info

##  配置主从
# 7003是7000的从
# 7004是7001的从
# 7005是7002的从
redis-cli -p 7003 cluster replicate 7000id
redis-cli -p 7004 cluster replicate 7001id
redis-cli -p 7005 cluster replicate 7002id

## 查看
redis-cli -p 7000 cluster info
redis-cli -p 7000 cluster nodes
redis-cli -p 7000 cluster slots # 查看槽的信息

# 存放数据
redis-cli -c -p 7000
set hello world # 可以成功

#### 生产环境建议 三台机器，主从不放在同一台机器上

3.5 官方工具安装（Ruby脚本）

准备环境

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# 下载编译安装ruby
wget https://cache.ruby-lang.org/pub/ruby/2.5/ruby-2.5.8.tar.gz
tar -zxvf ruby-2.5.8.tar.gz
cd ruby
./configure -prefix=/usr/local/ruby
make && make install
cd /usr/local/ruby
cp bin/ruby /usr/local/bin  # ruby类似于python3
cp bin/gem /usr/local/bin   # gem类似于pip

ruby -v # 检查版本
# 安装rubygem redis
### 更换gem源
gem sources -l
# 移除https://rubygems.org源
gem sources --remove https://rubygems.org/
# 增加https://gems.ruby-china.com/源
gem sources -a https://gems.ruby-china.com/
# 查看
gem sources -l
## 安装gem redis
gem install redis -v 3.3.3
# 查看
gem list check redis gem


# 安装redis-trib.rb
cd /opt/soft/redis/src
./redis-trib.rb 弃用了，需要使用
# 1 表示给每个主节点配置一个从节点
redis-cli --cluster create --cluster-replicas 1127.0.0.1:7000127.0.0.1:7001127.0.0.1:7002127.0.0.1:7003127.0.0.1:7004127.0.0.1:7005
yes

四 集群伸缩

伸缩原理

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# 加入节点，删除节点：槽和数据在节点之间的移动

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集群扩容

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# 作用：为它迁移槽和数据实现扩容  作为从节点负责故障转移

#1  准备新节点
-集群模式
-配置和其他节点统一
-启动后是孤儿节点
sed 's/7000/7006/g' redis-7000.conf > redis-7006.conf
sed 's/7000/7007/g' redis-7000.conf > redis-7007.conf
redis-server conf/redis-7006.conf
redis-server conf/redis-7007.conf
# 孤立状态re
redis-cli -p 7006 cluster nodes
#2  加入集群
### 方式一
在7000上执行
redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.17006
redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.17007
### 方式二
redis-cli --cluster add-node 127.0.0.1:7006127.0.0.1:7000
redis-cli --cluster add-node 127.0.0.1:7007127.0.0.1:7000
# 查看配置
cluster nodes
# 把7007做为7006的从
redis-cli -p 7007 cluster replicate 7006的id
#3  迁移槽和数据
# 槽迁移计划
# 迁移数据
# 添加从节点

# 我们不操作原生，直接使用redis-trip
redis-cli --cluster reshard 127.0.0.1:7000
#打印当前集群状态
# 希望迁移多少个槽：4096
# 希望那个id是接收的：7006的id
# 传入source id ：all
# yes

# 查看
redis-cli -p 7000 cluster nodes
redis-cli -p 7000 cluster slots
 
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## 其他：
-如果想给7000再加一个从节点怎么弄？
# 启动起7006，meet一下，让7006复制7000
redis-cli -p 7000 cluster meet 127.0.0.1 7006
redis-cli -p 7006 cluster replicate e03fb9a259cd314e9a23e17573d07c477d3242f7

集群缩容

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# 下线迁槽（把7006的1366个槽迁移到7000上）
redis-cli --cluster reshard --cluster-from 7006的id --cluster-to 7000的id --cluster-slots 1366 127.0.0.1:7000
yes

redis-cli --cluster reshard --cluster-from 7006的id --cluster-to 7001的id --cluster-slots 1366 127.0.0.1:7001
yes
redis-cli --cluster reshard --cluster-from 7006的id --cluster-to 7002的id --cluster-slots 1365 127.0.0.1:7002
yes
# 忘记节点，关闭节点
redis-cli --cluster del-node 127.0.0.1:7000 要下线的7007id  # 先下从，再下主，因为先下主会触发故障转移
redis-cli --cluster del-node 127.0.0.1:7000 要下线的7006id 
# 

# 关掉其中一个主，另一个从立马变成主顶上， 重启停止的主，发现变成了从

五 客户端连接

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redis-cli -c -p 7000  # -c表示集群模式
set hello world  # ok
cluster keyslot php
# 9244
set php sb # 不命中，会返回7001，自动跳转到7001上  不加-c，只会返回错误，不会去执行7001上保存


# rediscluster
# pip3 install redis-py-cluster
from rediscluster import RedisCluster
startup_nodes = [{"host":"127.0.0.1", "port": "7000"},{"host":"127.0.0.1", "port": "7001"},{"host":"127.0.0.1", "port": "7002"}]
# rc = RedisCluster(startup_nodes=startup_nodes,decode_responses=True)
rc = RedisCluster(startup_nodes=startup_nodes)
rc.set("foo", "bar")
print(rc.get("foo"))

六 集群原理

move重定向

image-20200812003219180

槽命中

cluster keyslot hello 可以计算出槽的值

image-20200812003318203

槽不命中：moved异常

image-20200812003446448

七 补充

7.1 5.0以后集群搭建

Redis Cluster 在5.0之后取消了ruby脚本 redis-trib.rb的支持（手动命令行添加集群的方式不变），集合到redis-cli里，避免了再安装ruby的相关环境。直接使用redis-clit的参数–cluster 来取代

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redis-cli --cluster help
Cluster Manager Commands:
  create         host1:port1 ... hostN:portN   #创建集群
                 --cluster-replicas <arg>      #从节点个数
  check          host:port                     #检查集群
                 --cluster-search-multiple-owners #检查是否有槽同时被分配给了多个节点
  info           host:port                     #查看集群状态
  fix            host:port                     #修复集群
                 --cluster-search-multiple-owners #修复槽的重复分配问题
  reshard        host:port                     #指定集群的任意一节点进行迁移slot，重新分slots
                 --cluster-from <arg>          #需要从哪些源节点上迁移slot，可从多个源节点完成迁移，以逗号隔开，传递的是节点的node id，还可以直接传递--from all，这样源节点就是集群的所有节点，不传递该参数的话，则会在迁移过程中提示用户输入
                 --cluster-to <arg>            #slot需要迁移的目的节点的node id，目的节点只能填写一个，不传递该参数的话，则会在迁移过程中提示用户输入
                 --cluster-slots <arg>         #需要迁移的slot数量，不传递该参数的话，则会在迁移过程中提示用户输入。
                 --cluster-yes                 #指定迁移时的确认输入
                 --cluster-timeout <arg>       #设置migrate命令的超时时间
                 --cluster-pipeline <arg>      #定义cluster getkeysinslot命令一次取出的key数量，不传的话使用默认值为10
                 --cluster-replace             #是否直接replace到目标节点
  rebalance      host:port                                      #指定集群的任意一节点进行平衡集群节点slot数量 
                 --cluster-weight <node1=w1...nodeN=wN>         #指定集群节点的权重
                 --cluster-use-empty-masters                    #设置可以让没有分配slot的主节点参与，默认不允许
                 --cluster-timeout <arg>                        #设置migrate命令的超时时间
                 --cluster-simulate                             #模拟rebalance操作，不会真正执行迁移操作
                 --cluster-pipeline <arg>                       #定义cluster getkeysinslot命令一次取出的key数量，默认值为10
                 --cluster-threshold <arg>                      #迁移的slot阈值超过threshold，执行rebalance操作
                 --cluster-replace                              #是否直接replace到目标节点
  add-node       new_host:new_port existing_host:existing_port  #添加节点，把新节点加入到指定的集群，默认添加主节点
                 --cluster-slave                                #新节点作为从节点，默认随机一个主节点
                 --cluster-master-id <arg>                      #给新节点指定主节点
del-node       host:port node_id                              #删除给定的一个节点，成功后关闭该节点服务
  call           host:port command arg arg .. arg               #在集群的所有节点执行相关命令
  set-timeout    host:port milliseconds                         #设置cluster-node-timeout
import         host:port                                      #将外部redis数据导入集群
                 --cluster-from <arg>                           #将指定实例的数据导入到集群
                 --cluster-copy                                 #migrate时指定copy
                 --cluster-replace                              #migrate时指定replace
  help           

For check, fix, reshard, del-node, set-timeout you can specify the host and port of any working node in the cluster.

① 创建集群主节点

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redis-cli --cluster create 192.168.163.132:6379 192.168.163.132:6380 192.168.163.132:6381

② 创建集群主从节点

1
 
/redis-cli --cluster create 192.168.163.132:6379 192.168.163.132:6380 192.168.163.132:6381 192.168.163.132:6382 192.168.163.132:6383 192.168.163.132:6384 --cluster-replicas 1

说明：–cluster-replicas 参数为数字，1表示每个主节点需要1个从节点。

通过该方式创建的带有从节点的机器不能够自己手动指定主节点，所以如果需要指定的话，需要自己手动指定，先使用①或③创建好主节点后，再通过④来处理。

③ 添加集群主节点

1
 
redis-cli --cluster add-node 192.168.163.132:6382 192.168.163.132:6379

说明：为一个指定集群添加节点，需要先连到该集群的任意一个节点IP（192.168.163.132:6379），再把新节点加入。该2个参数的顺序有要求：新加入的节点放前

④ 添加集群从节点

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redis-cli --cluster add-node 192.168.163.132:6382 192.168.163.132:6379 --cluster-slave --cluster-master-id 117457eab5071954faab5e81c3170600d5192270

说明：把6382节点加入到6379节点的集群中，并且当做node_id为 117457eab5071954faab5e81c3170600d5192270 的从节点。如果不指定 –cluster-master-id 会随机分配到任意一个主节点。

⑤ 删除节点

1
 
redis-cli --cluster del-node 192.168.163.132:6384 f6a6957421b80409106cb36be3c7ba41f3b603ff

说明：指定IP、端口和node_id 来删除一个节点，从节点可以直接删除，主节点不能直接删除，删除之后，该节点会被shutdown。

注意：当被删除掉的节点重新起来之后不能自动加入集群，但其和主的复制还是正常的，也可以通过该节点看到集群信息（通过其他正常节点已经看不到该被del-node节点的信息）。

如果想要再次加入集群，则需要先在该节点执行cluster reset，再用add-node进行添加，进行增量同步复制。

到此，目前整个集群的状态如下：

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192.168.163.132:6379> cluster nodes
815da8448f5d5a304df0353ca10d8f9b77016b28 192.168.163.132:6380@16380 master - 0 1569748297177 2 connected 5461-10922
0c21b6cee354594a23f4d5abf0d01b48bdc96d55 192.168.163.132:6383@16383 slave 56005b9413cbf225783906307a2631109e753f8f 0 1569748295000 4 connected
3a1d04983ab6c4ae853f9602dd922d4ebadc4dbf 192.168.163.132:6382@16382 slave 815da8448f5d5a304df0353ca10d8f9b77016b28 0 1569748295000 5 connected
117457eab5071954faab5e81c3170600d5192270 192.168.163.132:6379@16379 myself,master - 0 1569748297000 1 connected 0-5460
56005b9413cbf225783906307a2631109e753f8f 192.168.163.132:6381@16381 master - 0 1569748295000 3 connected 10923-16383
f6a6957421b80409106cb36be3c7ba41f3b603ff 192.168.163.132:6384@16384 slave 117457eab5071954faab5e81c3170600d5192270 0 1569748298185 6 connected

⑥ 检查集群

1
 
redis-cli --cluster check 192.168.163.132:6384 --cluster-search-multiple-owners

说明：任意连接一个集群节点，进行集群状态检查

⑦ 集群信息查看

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redis-cli --cluster info 192.168.163.132:6384

说明：检查key、slots、从节点个数的分配情况

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/redis-cli --cluster info 192.168.163.132:6384
192.168.163.132:6380 (815da844...) -> 0 keys | 5462 slots | 1 slaves.
192.168.163.132:6381 (56005b94...) -> 0 keys | 5461 slots | 1 slaves.
192.168.163.132:6379 (117457ea...) -> 2 keys | 5461 slots | 1 slaves.
[OK] 2 keys in 3 masters.
0.00 keys per slot on average.

⑧ 修复集群

1
 
redis-cli --cluster fix 192.168.163.132:6384 --cluster-search-multiple-owners

说明：修复集群和槽的重复分配问题

⑨ 设置集群的超时时间

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redis-cli --cluster set-timeout 192.168.163.132:6382 10000

说明：连接到集群的任意一节点来设置集群的超时时间参数cluster-node-timeout

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redis-cli --cluster set-timeout 192.168.163.132:6382 10000
>>> Reconfiguring node timeout in every cluster node...
*** New timeout set for 192.168.163.132:6382
*** New timeout set for 192.168.163.132:6384
*** New timeout set for 192.168.163.132:6383
*** New timeout set for 192.168.163.132:6379
*** New timeout set for 192.168.163.132:6381
*** New timeout set for 192.168.163.132:6380
>>> New node timeout set. 6 OK, 0 ERR.

⑩ 集群中执行相关命令

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redis-cli --cluster call 192.168.163.132:6381 config set requirepass cc
redis-cli -a cc --cluster call 192.168.163.132:6381 config set masterauth cc
redis-cli -a cc --cluster call 192.168.163.132:6381 config rewrite

说明：连接到集群的任意一节点来对整个集群的所有节点进行设置。

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redis-cli --cluster call 192.168.163.132:6381 config set cluster-node-timeout 12000
>>> Calling config set cluster-node-timeout 12000
192.168.163.132:6381: OK
192.168.163.132:6383: OK
192.168.163.132:6379: OK
192.168.163.132:6384: OK
192.168.163.132:6382: OK
192.168.163.132:6380: OK
...
...

到此，相关集群的基本操作已经介绍完，现在说明集群迁移的相关操作。

迁移相关

① 在线迁移slot ：在线把集群的一些slot从集群原来slot节点迁移到新的节点，即可以完成集群的在线横向扩容和缩容。有2种方式进行迁移

一是根据提示来进行操作：

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直接连接到集群的任意一节点
redis-cli -a cc --cluster reshard 192.168.163.132:6379

信息如下：

二是根据参数进行操作：

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redis-cli -a cc --cluster reshard 192.168.163.132:6379 --cluster-from 117457eab5071954faab5e81c3170600d5192270 --cluster-to 815da8448f5d5a304df0353ca10d8f9b77016b28 --cluster-slots 10 --cluster-yes --cluster-timeout 5000 --cluster-pipeline 10 --cluster-replace

说明：连接到集群的任意一节点来对指定节点指定数量的slot进行迁移到指定的节点。

② 平衡（rebalance）slot ：

1）平衡集群中各个节点的slot数量

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redis-cli -a cc --cluster rebalance 192.168.163.132:6379

2）根据集群中各个节点设置的权重等平衡slot数量（不执行，只模拟）

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redis-cli -a cc --cluster rebalance --cluster-weight 117457eab5071954faab5e81c3170600d5192270=5 815da8448f5d5a304df0353ca10d8f9b77016b28=4 56005b9413cbf225783906307a2631109e753f8f=3 --cluster-simulate 192.168.163.132:6379

③ 导入集群

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redis-cli --cluster import 192.168.163.132:6379 --cluster-from 192.168.163.132:9021 --cluster-replace

说明：外部Redis实例（9021）导入到集群中的任意一节点。

注意：测试下来发现参数–cluster-replace没有用，如果集群中已经包含了某个key，在导入的时候会失败，不会覆盖，只有清空集群key才能导入。

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*** Importing 97847 keys from DB 0
Migrating 9223372011174675807 to 192.168.163.132:6381: Source 192.168.163.132:9021 replied with error:
ERR Target instance replied with error: BUSYKEY Target key name already exists

并且发现如果集群设置了密码，也会导入失败，需要设置集群密码为空才能进行导入（call）。通过monitor（9021）的时候发现，在migrate的时候需要密码进行auth认证。

每天逼着自己写点东西，终有一天会为自己的变化感动的。这是一个潜移默化的过程，每天坚持编编故事，自己不知不觉就会拥有故事人物的特质的。 Explicit is better than implicit.(清楚优于含糊)
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