Redise klasterdamine: Teie mälusisese andmebaasi skaleerimine globaalsete rakenduste jaoks

Tänapäeva kiires digitaalses maastikus nõuavad rakendused välkkiiret andmetele juurdepääsu ja võimet tulla toime tohutu liiklusega. Mälusisesed andmebaasid (IMDB-d), nagu Redis, on muutunud selle jõudluse saavutamiseks olulisteks komponentideks. Üksik Redise instants saab aga skaleeruda vaid teatud piirini. Siin tulebki appi Redise klasterdamine, mis pakub horisontaalset skaleeritavust, kõrget käideldavust ja tõrketaluvust teie globaalselt hajutatud rakendustele.

Mis on Redise klasterdamine?

Redise klaster on Redise hajutatud implementatsioon, mis killustab andmed automaatselt mitme Redise sõlme vahel. Erinevalt ühe instantsiga Redise seadistustest suudab Redise klaster käsitleda andmehulki, mis ületavad ühe serveri mälumahtu. See pakub ka kõrget käideldavust, replikeerides andmeid mitme sõlme vahel, tagades, et teie rakendus jääb tööle isegi siis, kui mõned sõlmed ebaõnnestuvad.

Mõelge sellest kui tohutu raamatukogu (teie andmed) jaotamisest mitme eri linnades asuva filiaali (Redise sõlmed) vahel. Iga filiaal sisaldab osa raamatutest (andmed) ja kui üks filiaal suletakse (sõlme rike), on teistel filiaalidel koopiate olulisematest raamatutest (andmete replikatsioon), et kogukonda edasi teenindada.

Redise klasterdamise peamised eelised

• Horisontaalne skaleeritavus: Skaleerige oma Redise paigaldust hõlpsalt, lisades klastrisse rohkem sõlmi. See võimaldab teil toime tulla kasvavate andmemahtude ja liiklusega ilma märkimisväärse jõudluse languseta. Erinevalt vertikaalsest skaleerimisest (rohkemate ressursside lisamine ühele serverile) pakub horisontaalne skaleerimine kulutõhusamat ja paindlikumat lähenemist.
• Kõrge käideldavus: Redise klaster tuvastab automaatselt sõlmede rikked ja edutab replika-sõlmed peamisteks (master), tagades minimaalse seisakuaja. Andmete replikatsioon tagab, et rikke korral andmed ei kao. See on ülioluline rakenduste jaoks, mis nõuavad pidevat kättesaadavust, näiteks e-kaubanduse platvormid või reaalajas analüütika juhtpaneelid.
• Tõrketaluvus: Klaster suudab jätkata tööd isegi siis, kui mõned sõlmed ebaõnnestuvad. See saavutatakse andmete replikatsiooni ja automaatsete tõrkesiirdemehhanismide abil. Süsteem on tõrketaluv, kui see suudab toime tulla ootamatute riist- või tarkvaravigadega ilma oluliste katkestusteta.
• Automaatne andmete killustamine: Redise klaster jaotab andmed automaatselt mitme sõlme vahel, kasutades järjepidevat räsialgoritmi. See tagab, et andmed on ühtlaselt jaotatud ja iga sõlm tegeleb mõistliku koormusega. Killustamisprotsess on rakenduse jaoks läbipaistev, mis tähendab, et te ei pea andmete jaotust käsitsi haldama.
• Andmete replikatsioon: Igal peasõlmel (master) võib olla mitu replika-sõlme, mis sünkroonitakse automaatselt peasõlmega. See tagab andmete liiasuse ja võimaldab lugemisoperatsioone jaotada mitme sõlme vahel, parandades veelgi jõudlust.

Redise klastri arhitektuur

Redise klaster koosneb järgmistest komponentidest:

• Sõlmed: Iga klastri sõlm on Redise instants, mis salvestab osa andmetest. Sõlmed võivad olla kas peasõlmed (master) või replika-sõlmed.
• Peasõlmed: Peasõlmed vastutavad kirjutamisoperatsioonide käsitlemise ja lugemisoperatsioonide teenindamise eest. Iga peasõlm omab osa klastri andmetest.
• Replika-sõlmed: Replika-sõlmed on peasõlmede koopiad. Neid kasutatakse andmete liiasuse tagamiseks ja nad saavad teenindada ka lugemisoperatsioone. Kui peasõlm ebaõnnestub, edutatakse üks selle replika-sõlmedest automaatselt uueks peasõlmeks.
• Räsipesad: Redise klaster kasutab järjepidevat räsialgoritmi andmete jaotamiseks sõlmede vahel. Võtmeruum on jaotatud 16384 räsipesaks. Iga peasõlm vastutab osa nende pesade eest. Kui klient soovib ligi pääseda konkreetsele võtmele, arvutab ta selle võtme räsipesa ja saadab päringu peasõlmele, mis seda pesa omab.
• Klastrisiini: Sõlmed suhtlevad omavahel spetsiaalse sidekanali, mida nimetatakse klastrisiiniks, kaudu. Klastrisiin kasutab gossip-protokolli, et vahetada teavet klastri topoloogia, sõlmede olekute ja andmete omandiõiguse kohta. See võimaldab sõlmedel üksteist automaatselt avastada ja säilitada klastrist ühtset vaadet.

Redise klastri seadistamine

Redise klastri seadistamine hõlmab järgmisi samme:

1. Installige Redis: Veenduge, et Redis on installitud kõikidesse serveritesse, mis saavad klastri osaks. Optimaalse jõudluse ja turvalisuse tagamiseks on soovitatav kasutada Redise uusimat stabiilset versiooni.
2. Konfigureerige Redise instantsid: Konfigureerige iga Redise instants töötama klastrirežiimis. See hõlmab valiku cluster-enabled seadmist väärtusele yes failis redis.conf. Samuti peate konfigureerima valikud cluster-config-file ja cluster-node-timeout.
3. Looge klaster: Kasutage klastri loomiseks käsku redis-cli --cluster create. See käsk võtab argumentideks Redise instantside loendi ja konfigureerib need automaatselt klastrit moodustama. Käsk määrab ka räsipesad automaatselt peasõlmedele.
4. Lisage replika-sõlmed: Lisage klastrisse replika-sõlmed käsuga redis-cli --cluster add-node. See käsk võtab argumentideks replika-sõlme aadressi ja peasõlme aadressi. Käsk konfigureerib replika-sõlme automaatselt andmeid peasõlmest replikeerima.
5. Testige klastrit: Veenduge, et klaster töötab korrektselt, ühendudes sellega redis-cli abil ja tehes mõningaid põhilisi operatsioone, nagu võtmete seadmine ja pärimine. Võite kasutada ka käsku redis-cli cluster info, et vaadata klastri olekut ja veenduda, et kõik sõlmed toimivad korralikult.

Näide: Redise klastri loomine 6 sõlmega (3 peasõlme, 3 replikat)

Oletame, et teil on 6 serverit järgmiste IP-aadresside ja portidega:

• 192.168.1.101:7000
• 192.168.1.102:7001
• 192.168.1.103:7002
• 192.168.1.104:7003
• 192.168.1.105:7004
• 192.168.1.106:7005

Käivitage ühes serveritest (nt 192.168.1.101) järgmine käsk:

redis-cli --cluster create 192.168.1.101:7000 192.168.1.102:7001 192.168.1.103:7002 192.168.1.104:7003 192.168.1.105:7004 192.168.1.106:7005 --cluster-replicas 1

See käsk loob klastri 3 peasõlme ja 3 replika-sõlmega, kus igal peasõlmel on üks replika.

Redise klastriga ühendumine

Redise klastriga ühendumine on veidi erinev kui ühe Redise instantsiga ühendumine. Peate kasutama Redise klienti, mis toetab klastrirežiimi. Need kliendid kasutavad tavaliselt klastrisiini, et avastada klastri sõlmed ja suunata päringud sobivatele peasõlmedele.

Enamik Redise kliente pakub sisseehitatud tuge Redise klasterdamisele. Tavaliselt peate kliendile andma algsõlmede (st mõnede klastri sõlmede teadaolevate aadresside) loendi. Klient kasutab seejärel neid algsõlmi ülejäänud klastri topoloogia avastamiseks.

Näide: Redise klastriga ühendumine Pythoni abil (redis-py-cluster)

from rediscluster import RedisCluster

# Algsõlmed on sõlmede loend, mida klient kasutab klastri topoloogia avastamiseks.
startup_nodes = [
 {"host": "192.168.1.101", "port": "7000"},
 {"host": "192.168.1.102", "port": "7001"},
 {"host": "192.168.1.103", "port": "7002"}
]

rc = RedisCluster(startup_nodes=startup_nodes, decode_responses=True)

rc.set("foo", "bar")
print(rc.get("foo"))

Redise klaster globaalsetes rakendustes

Redise klaster sobib eriti hästi globaalsetele rakendustele, mis nõuavad madalat latentsusaega ja kõrget käideldavust geograafiliselt hajutatud piirkondades. Siin on mõned levinumad kasutusjuhud:

• Vahemälu: Kasutage Redise klastrit sageli kasutatavate andmete, näiteks kasutajaprofiilide, tootekataloogide ja API vastuste vahemällu salvestamiseks. Jaotage vahemälu mitme piirkonna vahel, et minimeerida latentsusaega erinevates maailma osades asuvate kasutajate jaoks. Näiteks võiks e-kaubanduse platvorm salvestada tooteandmed Põhja-Ameerikas, Euroopas ja Aasias asuvatesse andmekeskustesse, tagades kiire juurdepääsu klientidele kogu maailmas.
• Sessioonihaldus: Salvestage kasutajate sessiooniandmed Redise klastrisse, et pakkuda järjepidevat ja skaleeritavat sessioonihalduslahendust. Replikeerige sessiooniandmeid mitme piirkonna vahel, et tagada kasutajate sisselogituks jäämine isegi ühe piirkonna rikke korral. See on kriitilise tähtsusega rakenduste jaoks, millel on suur kasutajaskond erinevatel mandritel.
• Reaalajas analüütika: Kasutage Redise klastrit reaalajas andmevoogude, näiteks veebisaidi liikluse, sotsiaalmeedia voogude ja anduriandmete kogumiseks ja töötlemiseks. Redise klastri suur läbilaskevõime ja madal latentsusaeg muudavad selle ideaalseks reaalajas analüütikarakenduste jaoks. Näiteks võiks globaalne uudisteorganisatsioon kasutada Redise klastrit populaarsete teemade jälgimiseks ja uudisvoogude isikupärastamiseks erinevate riikide kasutajatele.
• Mängude edetabelid: Implementeerige reaalajas edetabeleid võrgumängude jaoks, kasutades Redise klastrit. Redise mälusisene olemus võimaldab edetabeliandmete ülikiiret uuendamist ja pärimist, pakkudes sujuvat mängukogemust mängijatele üle maailma.
• Sõnumijärjekorrad: Kasutage Redise klastrit sõnumivahendajana asünkroonseks suhtluseks erinevate mikroteenuste vahel. Redise klastri usaldusväärne sõnumiedastus ja suur läbilaskevõime muudavad selle heaks valikuks hajutatud süsteemide ehitamisel. Näiteks võiks sõidujagamisrakendus kasutada Redise klastrit sõidusoovide haldamiseks ja juhtide reaalajas lähetamiseks.

Redise klasterdamise parimad tavad

Oma Redise klastri paigalduse optimaalse jõudluse ja usaldusväärsuse tagamiseks kaaluge järgmisi parimaid tavasid:

• Kasutage järjepidevat räsialgoritmi: Redise klaster kasutab järjepidevat räsialgoritmi andmete jaotamiseks sõlmede vahel. See tagab, et andmed on ühtlaselt jaotatud ja et sõlmede lisamisel või eemaldamisel klastrist tuleb minimaalselt andmeid liigutada.
• Jälgige klastrit: Jälgige regulaarselt oma Redise klastri seisundit ja jõudlust. Kasutage jälgimisvahendeid, et jälgida olulisi mõõdikuid, nagu protsessori kasutus, mälukasutus, võrguliiklus ja replikatsiooni viivitus. See aitab teil tuvastada ja lahendada potentsiaalseid probleeme enne, kui need teie rakendust mõjutavad.
• Konfigureerige teavitused: Seadistage teavitused, mis annavad teile märku kriitiliste sündmuste, näiteks sõlmede rikete, kõrge latentsusaja või vähese mälu korral. See võimaldab teil probleemidele kiiresti reageerida ja seisakuid minimeerida.
• Mõõtke sõlmed õigesti: Valige oma töökoormuse jaoks õige suurusega Redise instantsid. Võtke arvesse salvestatavate andmete hulka, oodatavat liiklusmahtu ja oma rakenduse jõudlusnõudeid. Parem on alustada väiksemate sõlmedega ja vajadusel skaleerida üles, selle asemel et alustada suurte, alakasutatud sõlmedega.
• Kasutage replikatsiooni: Kasutage alati replikatsiooni andmete liiasuse ja kõrge käideldavuse tagamiseks. Vajalike replikate arv sõltub teie andmete kriitilisusest ja soovitud tõrketaluvuse tasemest.
• Vältige suuri võtmeid: Vältige suurte väärtuste salvestamist Redise võtmetesse, kuna see võib jõudlust mõjutada. Kui peate salvestama suuri andmemahte, kaaluge nende jaotamist väiksemateks osadeks või teise andmestruktuuri kasutamist.
• Kasutage konveierit (Pipelining): Kasutage konveierit mitme käsu saatmiseks Redise serverile ühe päringuga. See võib märkimisväärselt parandada jõudlust, eriti rakenduste puhul, mis teostavad suurt hulka väikeseid operatsioone.
• Kasutage ühenduste kogumit (Connection Pooling): Kasutage ühenduste kogumit Redise serveriga ühenduste taaskasutamiseks. See võib vähendada ühenduste loomise ja hävitamise üldkulusid, parandades jõudlust.
• Turvake oma klaster: Turvake oma Redise klaster, lubades autentimise ja piirates juurdepääsu volitatud klientidele. Kasutage tugevaid paroole ja vahetage neid regulaarselt. Kaaluge TLS-krüpteeringu kasutamist andmete edastamise ajal kaitsmiseks.

Alternatiivid Redise klasterdamisele

Kuigi Redise klasterdamine on võimas lahendus Redise skaleerimiseks, on sõltuvalt teie konkreetsetest vajadustest kaalumiseks ka teisi alternatiive:

• Twemproxy: Kergekaaluline puhverserver, mis suudab Redise andmeid killustada mitme instantsi vahel. Seda on lihtsam seadistada kui Redise klastrit, kuid sellel puuduvad automaatsed tõrkesiirde võimekused.
• Codis: Redise puhverserver, mis toetab andmete killustamist ja automaatset tõrkesiiret. See pakub robustsemat lahendust kui Twemproxy, kuid on ka keerulisem seadistada.
• KeyDB klaster: KeyDB on Redise suure jõudlusega haru (fork), mis pakub sisseehitatud klasterdamisvõimekusi, mis sarnanevad Redise klastriga. See pakub sageli paremat jõudlust kui Redise klaster oma mitmelõimelise arhitektuuri tõttu.
• Pilvehaldatud Redis: Pilveteenuse pakkujad nagu AWS (Amazon ElastiCache for Redis), Google Cloud (Memorystore for Redis) ja Azure (Azure Cache for Redis) pakuvad hallatud Redise teenuseid, mis tegelevad klasterdamise, replikatsiooni ja tõrkesiirdega automaatselt. See võib lihtsustada teie Redise infrastruktuuri paigaldamist ja haldamist.

Kokkuvõte

Redise klasterdamine pakub robustset ja skaleeritavat lahendust mälusiseste andmete haldamiseks globaalselt hajutatud rakendustes. Mõistes selle arhitektuuri, eeliseid ja parimaid tavasid, saate Redise klasterdamist ära kasutada, et ehitada suure jõudlusega, kõrge käideldavusega ja tõrketaluvusega rakendusi, mis vastavad tänapäeva digitaalse maailma nõudmistele. Ükskõik, kas ehitate vahemälukihti, sessioonihaldussüsteemi või reaalajas analüütikaplatvormi, aitab Redise klasterdamine teil saavutada oma jõudluse ja skaleeritavuse eesmärke.