Shlukování redis a replikace redis jsou dva základní, ale odlišné mechanismy používané k dosažení dostupnosti dat, škálovatelnosti a tolerance poruch při nasazení redis, zejména při spuštění redis na Kubernetes. Pochopení jejich rozdílů vyžaduje podrobný pohled na jejich architekturu, funkčnost a operační chování v kontextu prostředí Kubernetes.
Replikace redis v Kubernetes:
Replikace v Redis odkazuje na architekturu Master-Replica (dříve nazývaná Master-Slave), kde jeden hlavní uzel drží zapisovaný datový soubor a jedna nebo více repliky udržuje kopie těchto dat. Tyto repliky jsou kopie pouze pro čtení, které se synchronizují s Master asynchronně. Pokud hlavní uzel selže, může být jedna z replik podporována tak, aby se stala novým pánem, čímž se poskytne vysokou dostupnost.
Při nasazení v Kubernetes replikace Redis obvykle zahrnuje spuštění stavové sady pro mastera a další stavové nebo sady lusků pro repliky. Služby Kubernetes, obvykle clusterip Services, spravují přístup k těmto instancím Redis. Replikace v tomto nastavení zlepšuje škálovatelnost čtení, protože požadavky na čtení mohou být distribuovány na více replikách pouze pro čtení, což zmírňuje zátěž z hlavního uzlu. Všechny operace zápisu jsou však stále zaměřeny na hlavní uzel, protože repliky nepřijímají požadavky zápisu.
Replikace je užitečná pro případy použití, kde je třeba zvýšit propustnost čtení, nebo je pro scénáře převzetí služeb při selhání nutná redundance dat. Replikace však neposkytuje automatické rozdělení dat nebo střetu. To znamená, že celý datový soubor je uložen na Master a plně se replikuje na repliky, což může omezit škálovatelnost pro velmi velké datové sady.
Klíčové body o replikaci Redis pod Kubernetes:
- Poskytuje schopnosti redundance dat a převzetí služeb při selhání zkopírováním dat od Master do repliky.
- Operace čtení mohou být horizontálně upraveny distribucí požadavků mezi repliky.
- Operace zápisu jsou zpracovávány výhradně Master, který se může stát úzkým místem při vysokém zápisu.
- Propojení převzetí služeb při selhání a replika často vyžadují automatizaci externích nástrojů, jako je Redis Sentinel nebo Operators.
- Data jsou plně duplikována, takže replikace nezmizí omezení paměti jednotlivých uzlů.
- Integrace StatefulSets Integration s Kubernetes zajišťuje přetrvávající identitu pro moduly Redis a umožňuje stabilní identitu sítě pro master a repliky.
- Repliky asynchronně kopírují data, takže může existovat mírná replikační zpoždění ovlivňující konzistenci čtení.
Shlukování redis v Kubernetes:
Redis Cluster je distribuovaná implementace REDIS, která podporuje automatické sharding a replikaci. Rozbije datový soubor napříč několika hlavními uzly, z nichž každá je zodpovědná za podmnožinu klíčů definovaných hashovacími sloty (16 384 hashových slotů v clusteru Redis). Každý hlavní uzel může mít repliky pro vysokou dostupnost a ctít princip replikace v každém shardu.
Tato architektura umožňuje shluku Redis horizontálně a nativně zvládne vysokou dostupnost. Cluster spravuje oddíl dat (sharding), takže každý uzel obsahuje pouze část datového souboru spíše než úplnou kopii. Redis Cluster zvládne převzetí služeb při selhání na úrovni Shard bez nutnosti externích nástrojů, jako je Sentinel.
Nasazení klastru redis na Kubernetes obvykle zahrnuje použití stavových sad pro správu uzlů Redis (Masters a Replicas). Jsou vyžadovány složitější síťové konfigurace, protože klienti musí být schopni komunikovat se správným uzlem na základě klíčového mapování slotů pro hash. Služby Kubernetes, včetně bezhlavých služeb, usnadňují přímý přístup k poddobenům vyžadovaným topologií klastru.
Klíčové provozní aspekty klastru redis v Kubernetes:
- Poskytuje automatické střety dat a distribuuje data napříč několika hlavními uzly pro horizontální škálovatelnost.
- Každý hlavní uzel zpracovává podmnožinu hashových slotů, s replikami pro převzetí služeb při selhání a redundanci uvnitř každého střetu.
- Podporuje vysokou dostupnost a toleranci poruch s automatickým převzetí služeb při selhání a přestavbou.
- Klienti musí podporovat protokol Cluster Redis Cluster pro směrování příkazů a korigovat uzly na základě slotů hash.
- Konfigurace sítě v Kubernetes je složitější, protože klienti komunikují přímo s jednotlivými redis pods, nikoli s jedinou službou vyváženou zatížení.
- Statefulsets Zajistěte stabilní identitu POD, nezbytné pro komunikaci uzlů klastrů.
- Redis Cluster může udržovat dostupnost během oddílů v síti a selhání uzlů propagací replik.
Rozdíly v škálovatelnosti a distribuci dat:
Replikace REDIS poskytuje redundanci dat duplikováním úplného datového souboru z Master na repliky. Vykresluje kapacitu čtení, ale nekryje velikost kapacity zápisu nebo velikosti datového souboru nad rámec kapacity jediného hlavního uzlu. Master drží celý datový soubor, který může vytvářet limity kvůli omezením paměti.
Cluster Redis však mění, jak čte, tak zapisování rozdělením datového souboru napříč více uzly (SHARDS). Každý shard drží pouze zlomek dat, což umožňuje systému zpracovávat datové sady větší než paměť jednoho uzlu. Zápisy jsou distribuovány mezi střepy, takže kapacita zápisu klastru se zvyšuje přidáním dalších mistrů.
Distribuce a operace dat:
V nastavení replikace jsou všechna data přítomna na Master a kopiích na replik. Operace, zejména píše, přejděte do jednoho uzlu. Čtení může přejít na repliky, ale operace s více klíči, které pokrývají více uzlů, jsou jednoduché, protože existuje pouze jeden zdroj dat.
V klastru redis jsou data rozdělena na hash slot, takže některé příkazy zahrnující více klíčů vyžadují, aby všechny klíče patřily do stejného hash slotu. Příkazy více klíčů napříč různými sloty selhají, protože data jsou umístěny v různých uzlech. Klienti musí být schopni zvládnout přesunuté nebo požádat zprávy o přesměrování, aby vyhledali správný uzel.
Tolerance poruch a převzetí služeb při selhání:
Replikace vyžaduje, aby Sentinel nebo externí řadič sledoval Master a automatizoval převzetí služeb při selhání v případě selhání. Sentinel monitoruje uzly a v případě potřeby volí nové mistry, ale neposkytuje rozdělení dat.
Redis Cluster má vestavěnou podporu pro replikaci a automatický převzetí služeb při selhání na střepech. Pokud selže hlavní uzel, je na svém místě propagována replika bez externích nástrojů. Klastr udržuje metadata o distribuci klíčových slotů a stavu uzlu, což umožňuje samoléčení.
Integrace ekosystému Kubernetes:
V Kubernetes vyžaduje řešení replikace a shlukování redis odlišné přístupy:
- Pro replikaci poskytují Statefulsets Kubernetes stabilní identitu a skladování pro hlavní a repliky. Služby usnadňují přístup. Automatizaci převzetí služeb služeb při selhání je obvykle řešeno operátory Redis Sentinel nebo Kubernetes určené pro Redis.
- Pro shlukování nasazují StatefulSets více mistrovských a replik. Bezhlavé služby umožňují přímé komunikaci pod POD nezbytnou pro zasílání zpráv Cluster Internode. Nástroje, jako jsou helmové grafy nebo operátoři Redis, zjednodušují tvorbu, škálování a správu klastrů.
Provozní složitost:
Replikace je jednodušší nastavit a spravovat v Kubernetes, protože zahrnuje jediný zapisovaný uzel a více uzlů pouze pro čtení. Scaling Writes je však omezený.
Shlukování je složitější a vyžaduje pečlivé správu síťových zásad, objevování služeb a kompatibility klienta, ale celkově nabízí lepší škálovatelnost a odolnost.
Případy použití:
Replikace je vhodná pro aplikace, které vyžadují vysokou dostupnost, škálovatelnost čtení a redundanci dat, ale mají mírné velikosti datových souborů, které se hodí k jednomu uzlu.
Shlukování je ideální pro velmi velké datové sady, zatížení těžkých zápisů a aplikace, které vyžadují horizontální škálovatelnost a vysokou toleranci poruch bez externích nástrojů.
Stručně řečeno, replikace redis v Kubernetes duplikuje celý datový soubor napříč replikami pouze pro Master a pouze pro čtení, zaměřuje se na vysokou dostupnost a škálovatelnost čtení, zatímco redis shlukování fragmentů datového souboru napříč více uzly s vestavěnou replikací a převzetí služeb při selhání a zachování konstrukce a distribuce a distribuované a distribuované a distribuované a distribuované a distribuované a distribuované a distribuované a distribuované a distribuované a distribuované a distribuované konstrukce a zachovávají se s odolností a distribuovanou. a přístup k síti. Tento základní architektonický rozdíl určuje jejich vhodnost pro různé podmínky použití a provozní složitost v prostředích Kubernetes.