节点

一个 Redis 集群通常由多个节点（node）组成， 在刚开始的时候， 每个节点都是相互独立的， 它们都处于一个只包含自己的集群当中， 要组建一个真正可工作的集群， 我们必须将各个独立的节点连接起来， 构成一个包含多个节点的集群。 连接各个节点的工作可以使用 CLUSTER MEET 命令来完成， 该命令的格式如下： ~~~ CLUSTER MEET ~~~ 向一个节点 `node` 发送 CLUSTER MEET 命令， 可以让 `node` 节点与 `ip` 和 `port` 所指定的节点进行握手（handshake）， 当握手成功时， `node`节点就会将 `ip` 和 `port` 所指定的节点添加到 `node` 节点当前所在的集群中。 举个例子， 假设现在有三个独立的节点 `127.0.0.1:7000` 、 `127.0.0.1:7001` 、 `127.0.0.1:7002` （下文省略 IP 地址，直接使用端口号来区分各个节点）， 我们首先使用客户端连上节点 7000 ， 通过发送 CLUSTER NODE 命令可以看到， 集群目前只包含 7000 自己一个节点： ~~~ $ redis-cli -c -p 7000 127.0.0.1:7000> CLUSTER NODES 51549e625cfda318ad27423a31e7476fe3cd2939 :0 myself,master - 0 0 0 connected ~~~ 通过向节点 7000 发送以下命令， 我们可以将节点 7001 添加到节点 7000 所在的集群里面： ~~~ 127.0.0.1:7000> CLUSTER MEET 127.0.0.1 7001 OK 127.0.0.1:7000> CLUSTER NODES 68eef66df23420a5862208ef5b1a7005b806f2ff 127.0.0.1:7001 master - 0 1388204746210 0 connected 51549e625cfda318ad27423a31e7476fe3cd2939 :0 myself,master - 0 0 0 connected ~~~ 继续向节点 7000 发送以下命令， 我们可以将节点 7002 也添加到节点 7000 和节点 7001 所在的集群里面： ~~~ 127.0.0.1:7000> CLUSTER MEET 127.0.0.1 7002 OK 127.0.0.1:7000> CLUSTER NODES 68eef66df23420a5862208ef5b1a7005b806f2ff 127.0.0.1:7001 master - 0 1388204848376 0 connected 9dfb4c4e016e627d9769e4c9bb0d4fa208e65c26 127.0.0.1:7002 master - 0 1388204847977 0 connected 51549e625cfda318ad27423a31e7476fe3cd2939 :0 myself,master - 0 0 0 connected ~~~ 现在， 这个集群里面包含了 7000 、 7001 和 7002 三个节点， 图 IMAGE_CONNECT_NODES_1 至 IMAGE_CONNECT_NODES_5 展示了这三个节点进行握手的整个过程。      本节接下来的内容将介绍启动节点的方法， 和集群有关的数据结构， 以及 CLUSTER MEET 命令的实现原理。 ## 启动节点 一个节点就是一个运行在集群模式下的 Redis 服务器， Redis 服务器在启动时会根据 `cluster-enabled` 配置选项的是否为 `yes` 来决定是否开启服务器的集群模式， 如图 IMAGE_NODE_OR_SERVER 所示。  节点（运行在集群模式下的 Redis 服务器）会继续使用所有在单机模式中使用的服务器组件， 比如说： * 节点会继续使用文件事件处理器来处理命令请求和返回命令回复。 * 节点会继续使用时间事件处理器来执行 `serverCron` 函数， 而 `serverCron` 函数又会调用集群模式特有的 `clusterCron` 函数： `clusterCron`函数负责执行在集群模式下需要执行的常规操作， 比如向集群中的其他节点发送 Gossip 消息， 检查节点是否断线； 又或者检查是否需要对下线节点进行自动故障转移， 等等。 * 节点会继续使用数据库来保存键值对数据，键值对依然会是各种不同类型的对象。 * 节点会继续使用 RDB 持久化模块和 AOF 持久化模块来执行持久化工作。 * 节点会继续使用发布与订阅模块来执行 PUBLISH 、 SUBSCRIBE 等命令。 * 节点会继续使用复制模块来进行节点的复制工作。 * 节点会继续使用 Lua 脚本环境来执行客户端输入的 Lua 脚本。 诸如此类。 除此之外， 节点会继续使用 `redisServer` 结构来保存服务器的状态， 使用 `redisClient` 结构来保存客户端的状态， 至于那些只有在集群模式下才会用到的数据， 节点将它们保存到了 `cluster.h/clusterNode` 结构， `cluster.h/clusterLink` 结构， 以及 `cluster.h/clusterState` 结构里面， 接下来的一节将对这三种数据结构进行介绍。 ## 集群数据结构 `clusterNode` 结构保存了一个节点的当前状态， 比如节点的创建时间， 节点的名字， 节点当前的配置纪元， 节点的 IP 和地址， 等等。 每个节点都会使用一个 `clusterNode` 结构来记录自己的状态， 并为集群中的所有其他节点（包括主节点和从节点）都创建一个相应的`clusterNode` 结构， 以此来记录其他节点的状态： ~~~ struct clusterNode { // 创建节点的时间 mstime_t ctime; // 节点的名字，由 40 个十六进制字符组成 // 例如 68eef66df23420a5862208ef5b1a7005b806f2ff char name[REDIS_CLUSTER_NAMELEN]; // 节点标识 // 使用各种不同的标识值记录节点的角色（比如主节点或者从节点）， // 以及节点目前所处的状态（比如在线或者下线）。 int flags; // 节点当前的配置纪元，用于实现故障转移 uint64_t configEpoch; // 节点的 IP 地址 char ip[REDIS_IP_STR_LEN]; // 节点的端口号 int port; // 保存连接节点所需的有关信息 clusterLink *link; // ... }; ~~~ `clusterNode` 结构的 `link` 属性是一个 `clusterLink` 结构， 该结构保存了连接节点所需的有关信息， 比如套接字描述符， 输入缓冲区和输出缓冲区： ~~~ typedef struct clusterLink { // 连接的创建时间 mstime_t ctime; // TCP 套接字描述符 int fd; // 输出缓冲区，保存着等待发送给其他节点的消息（message）。 sds sndbuf; // 输入缓冲区，保存着从其他节点接收到的消息。 sds rcvbuf; // 与这个连接相关联的节点，如果没有的话就为 NULL struct clusterNode *node; } clusterLink; ~~~ `redisClient` 结构和 `clusterLink` 结构的相同和不同之处 `redisClient` 结构和 `clusterLink` 结构都有自己的套接字描述符和输入、输出缓冲区， 这两个结构的区别在于， `redisClient` 结构中的套接字和缓冲区是用于连接客户端的， 而 `clusterLink` 结构中的套接字和缓冲区则是用于连接节点的。 最后， 每个节点都保存着一个 `clusterState` 结构， 这个结构记录了在当前节点的视角下， 集群目前所处的状态 —— 比如集群是在线还是下线， 集群包含多少个节点， 集群当前的配置纪元， 诸如此类： ~~~ typedef struct clusterState { // 指向当前节点的指针 clusterNode *myself; // 集群当前的配置纪元，用于实现故障转移 uint64_t currentEpoch; // 集群当前的状态：是在线还是下线 int state; // 集群中至少处理着一个槽的节点的数量 int size; // 集群节点名单（包括 myself 节点） // 字典的键为节点的名字，字典的值为节点对应的 clusterNode 结构 dict *nodes; // ... } clusterState; ~~~ 以前面介绍的 7000 、 7001 、 7002 三个节点为例， 图 IMAGE_CLUSTER_STATE_OF_7000 展示了节点 7000 创建的 `clusterState` 结构， 这个结构从节点 7000 的角度记录了集群、以及集群包含的三个节点的当前状态 （为了空间考虑，图中省略了 `clusterNode` 结构的一部分属性）： * 结构的 `currentEpoch` 属性的值为 `0` ， 表示集群当前的配置纪元为 `0` 。 * 结构的 `size` 属性的值为 `0` ， 表示集群目前没有任何节点在处理槽： 因此结构的 `state` 属性的值为 `REDIS_CLUSTER_FAIL` —— 这表示集群目前处于下线状态。 * 结构的 `nodes` 字典记录了集群目前包含的三个节点， 这三个节点分别由三个 `clusterNode` 结构表示： 其中 `myself` 指针指向代表节点 7000 的 `clusterNode` 结构， 而字典中的另外两个指针则分别指向代表节点 7001 和代表节点 7002 的 `clusterNode` 结构， 这两个节点是节点 7000 已知的在集群中的其他节点。 * 三个节点的 `clusterNode` 结构的 `flags` 属性都是 `REDIS_NODE_MASTER` ，说明三个节点都是主节点。 节点 7001 和节点 7002 也会创建类似的 `clusterState` 结构： * 不过在节点 7001 创建的 `clusterState` 结构中， `myself` 指针将指向代表节点 7001 的 `clusterNode` 结构， 而节点 7000 和节点 7002 则是集群中的其他节点。 * 而在节点 7002 创建的 `clusterState` 结构中， `myself` 指针将指向代表节点 7002 的 `clusterNode` 结构， 而节点 7000 和节点 7001 则是集群中的其他节点。  ## CLUSTER MEET 命令的实现 通过向节点 A 发送 CLUSTER MEET 命令， 客户端可以让接收命令的节点 A 将另一个节点 B 添加到节点 A 当前所在的集群里面： ~~~ CLUSTER MEET ~~~ 收到命令的节点 A 将与节点 B 进行握手（handshake）， 以此来确认彼此的存在， 并为将来的进一步通信打好基础： 1. 节点 A 会为节点 B 创建一个 `clusterNode` 结构， 并将该结构添加到自己的 `clusterState.nodes` 字典里面。 2. 之后， 节点 A 将根据 CLUSTER MEET 命令给定的 IP 地址和端口号， 向节点 B 发送一条 `MEET` 消息（message）。 3. 如果一切顺利， 节点 B 将接收到节点 A 发送的 `MEET` 消息， 节点 B 会为节点 A 创建一个 `clusterNode` 结构， 并将该结构添加到自己的 `clusterState.nodes` 字典里面。 4. 之后， 节点 B 将向节点 A 返回一条 `PONG` 消息。 5. 如果一切顺利， 节点 A 将接收到节点 B 返回的 `PONG` 消息， 通过这条 `PONG` 消息节点 A 可以知道节点 B 已经成功地接收到了自己发送的 `MEET` 消息。 6. 之后， 节点 A 将向节点 B 返回一条 `PING` 消息。 7. 如果一切顺利， 节点 B 将接收到节点 A 返回的 `PING` 消息， 通过这条 `PING` 消息节点 B 可以知道节点 A 已经成功地接收到了自己返回的 `PONG` 消息， 握手完成。 图 IMAGE_HANDSHAKE 展示了以上步骤描述的握手过程。  之后， 节点 A 会将节点 B 的信息通过 Gossip 协议传播给集群中的其他节点， 让其他节点也与节点 B 进行握手， 最终， 经过一段时间之后， 节点 B 会被集群中的所有节点认识。