Πώς διαφέρει η συσσώρευση Redis από την αναπαραγωγή του Redis στο Kubernetes

Redis Replication στο Kubernetes:
Η αναπαραγωγή στο Redis αναφέρεται σε μια αρχιτεκτονική Master-Replica (πρώην ονομαζόμενο Master-Slave), όπου ένας κύριος κόμβος κρατά το εγγράψιμο σύνολο δεδομένων και ένα ή περισσότερα αντίγραφα διατηρούν αντίγραφα αυτών των δεδομένων. Αυτά τα αντίγραφα είναι αντίγραφα μόνο για ανάγνωση που συγχρονίζονται με τον κύριο ασύγχρονο. Εάν ο κύριος κόμβος αποτύχει, ένα από τα αντίγραφα μπορεί να προωθηθεί για να γίνει ο νέος πλοίαρχος, παρέχοντας έτσι υψηλή διαθεσιμότητα.

Όταν αναπτύσσεται στο Kubernetes, η αναπαραγωγή του Redis συνήθως περιλαμβάνει τη λειτουργία ενός κρατικού μέρους για τον κύριο και ένα άλλο κρατικό σύνολο ή σύνολο λοβών για τα αντίγραφα. Οι υπηρεσίες Kubernetes, συνήθως υπηρεσίες clusterip, διαχειρίζονται την πρόσβαση σε αυτές τις περιπτώσεις Redis. Η αναπαραγωγή σε αυτή τη ρύθμιση βελτιώνει την επεκτασιμότητα ανάγνωσης, επειδή τα αιτήματα ανάγνωσης μπορούν να διανεμηθούν σε πολλαπλά αντίγραφα μόνο για ανάγνωση, ανακουφίζοντας το φορτίο από τον κύριο κόμβο. Ωστόσο, όλες οι εργασίες εγγραφής εξακολουθούν να κατευθύνονται στον κύριο κόμβο, καθώς τα αντίγραφα δεν δέχονται αιτήματα εγγραφής.

Η αναπαραγωγή είναι χρήσιμη για περιπτώσεις χρήσης όπου η απόδοση ανάγνωσης πρέπει να αυξηθεί ή απαιτείται πλεονασμός δεδομένων για σενάρια αποτυχίας. Ωστόσο, η αναπαραγωγή δεν παρέχει αυτόματο διαχωρισμό δεδομένων ή θραύση. Αυτό σημαίνει ότι ολόκληρο το σύνολο δεδομένων αποθηκεύεται στον κύριο και αναπαράγεται πλήρως στα αντίγραφα, τα οποία μπορεί να περιορίσουν την επεκτασιμότητα για πολύ μεγάλα σύνολα δεδομένων.

Βασικά σημεία για την αναπαραγωγή του Redis κάτω από το Kubernetes:
- Παρέχει δυνατότητες απόλυσης δεδομένων και αποτυχίας αντιγράφοντας δεδομένα από τον κύριο σε αντίγραφα.
- Οι λειτουργίες ανάγνωσης μπορούν να κλιμακωθούν οριζόντια με τη διανομή αιτήσεων μεταξύ των αντιγράφων.
- Οι εργασίες εγγραφής αντιμετωπίζονται αποκλειστικά από τον κύριο, το οποίο μπορεί να γίνει συμφόρηση υπό υψηλό φορτίο εγγραφής.
- Η προώθηση αποτυχίας και αντίγραφο απαιτεί συχνά εξωτερικά εργαλεία όπως οι χειριστές Redis Sentinel ή Kubernetes για αυτοματοποίηση.
- Τα δεδομένα είναι πλήρως διπλασιασμένα, οπότε η αναπαραγωγή δεν μετριάζει τους περιορισμούς μνήμης των μεμονωμένων κόμβων.
- Η ενσωμάτωση με το Kubernetes Statefulsets εξασφαλίζει την επίμονη ταυτότητα για τα pods redis και επιτρέπει σταθερές ταυτότητες δικτύου για master και replicas.
- Αντιγραφή ασύγχρονα δεδομένα αντιγραφής, οπότε μπορεί να υπάρχει μια ελαφριά καθυστέρηση αντιγραφής που επηρεάζει τη συνεκτικότητα ανάγνωσης.

Redis ομαδοποίηση σε kubernetes:
Το Redis Cluster είναι μια κατανεμημένη εφαρμογή του Redis που υποστηρίζει αυτόματη θραύση και αναπαραγωγή. Σπιβάζει το σύνολο δεδομένων σε πολλούς κύριους κόμβους, το καθένα υπεύθυνο για ένα υποσύνολο πλήκτρων που ορίζονται από υποδοχές hash (16.384 υποδοχές κατακερματισμού συνολικά στο σύμπλεγμα Redis). Κάθε κύριος κόμβος μπορεί να έχει αντίγραφα για υψηλή διαθεσιμότητα, τιμώντας την αρχή αναπαραγωγής μέσα σε κάθε θραύση.

Αυτή η αρχιτεκτονική επιτρέπει στο Redis cluster να κλιμακώνεται τόσο οριζόντια όσο και να χειρίζεται την υψηλή διαθεσιμότητα εγγενώς. Το σύμπλεγμα διαχειρίζεται το διαχωρισμό δεδομένων (Sharding), οπότε κάθε κόμβος περιέχει μόνο ένα τμήμα του συνόλου δεδομένων και όχι ένα πλήρες αντίγραφο. Το σύμπλεγμα Redis μπορεί να χειριστεί την αποτυχία στο επίπεδο του Shard χωρίς την ανάγκη για εξωτερικά εργαλεία όπως ο Sentinel.

Η ανάπτυξη του ομίλου Redis σε kubernetes συνήθως περιλαμβάνει τη χρήση statefulsets για τη διαχείριση των κόμβων Redis (Masters and Replicas). Απαιτούνται πιο πολύπλοκες διαμορφώσεις δικτύου, επειδή οι πελάτες πρέπει να είναι σε θέση να επικοινωνούν με τον σωστό κόμβο με βάση τη χαρτογράφηση κλειδιού hash υποδοχής. Οι υπηρεσίες Kubernetes, συμπεριλαμβανομένων των υπηρεσιών Headless, διευκολύνουν την άμεση πρόσβαση POD που απαιτείται από την τοπολογία του συμπλέγματος.

Βασικές επιχειρησιακές πτυχές του ομίλου Redis στο Kubernetes:
- Παρέχει αυτόματη θραύση δεδομένων, διανομή δεδομένων σε πολλαπλούς κύριους κόμβους για οριζόντια επεκτασιμότητα.
- Κάθε κύριος κόμβος χειρίζεται ένα υποσύνολο υποδοχών κατακερματισμού, με αντίγραφα για αποτυχία και πλεονασμό μέσα σε κάθε θραύση.
- Υποστηρίζει υψηλή διαθεσιμότητα και ανοχή σφάλματος με αυτόματη αποτυχία και ανασχηματισμό.
- Οι πελάτες πρέπει να υποστηρίζουν το πρωτόκολλο του συμπλέγματος Redis για να δρομολογήσουν τις εντολές για τη διόρθωση των κόμβων με βάση τις υποδοχές hash.
- Η διαμόρφωση δικτύου στο Kubernetes είναι πιο περίπλοκη, καθώς οι πελάτες επικοινωνούν απευθείας με μεμονωμένα pods Redis, όχι μία μόνο ισορροπημένη υπηρεσία.
- Τα statefulsets εξασφαλίζουν σταθερές ταυτότητες POD, που είναι απαραίτητες για την επικοινωνία των κόμβων συμπλέγματος.
- Το σύμπλεγμα Redis μπορεί να διατηρήσει τη διαθεσιμότητα κατά τη διάρκεια των διαμερισμάτων δικτύου και των αποτυχιών των κόμβων προωθώντας τα αντίγραφα.

Διαφορές στην επεκτασιμότητα και τη διανομή δεδομένων:
Η αναπαραγωγή του Redis παρέχει πλεονασμό δεδομένων, αντιγράφοντας το πλήρες σύνολο δεδομένων από τον κύριο σε αντίγραφα. Ζυγίζει την χωρητικότητα ανάγνωσης, αλλά δεν κλιμάκωσε το μέγεθος της χωρητικότητας ή του συνόλου δεδομένων πέρα ​​από την χωρητικότητα ενός μόνο κύριου κόμβου. Ο κύριος κρατά ολόκληρο το σύνολο δεδομένων, το οποίο μπορεί να δημιουργήσει όρια λόγω περιορισμών μνήμης.

Ωστόσο, το σύμπλεγμα του Redis, όμως, διαχωρίζει και γράφει διαχωρίζοντας το σύνολο δεδομένων σε πολλαπλούς κόμβους (Shards). Κάθε θραύση κρατά μόνο ένα κλάσμα των δεδομένων, επιτρέποντας στο σύστημα να χειρίζεται σύνολα δεδομένων μεγαλύτερα από τη μνήμη ενός μόνο κόμβου. Οι συγγραφείς διανέμονται μεταξύ των κομματιών, επομένως η ικανότητα εγγραφής συμπλέγματος αυξάνεται με την προσθήκη περισσότερων πλοιάρχων.

Διανομή δεδομένων και λειτουργίες:
Στις ρυθμίσεις αναπαραγωγής, όλα τα δεδομένα υπάρχουν στον κύριο και αντίγραφα σε αντίγραφα. Οι λειτουργίες, ειδικά γράφουν, πηγαίνουν σε έναν μόνο κόμβο. Οι ανάγνωση μπορούν να μεταβούν σε αντίγραφα, αλλά οι λειτουργίες πολλαπλών κλειδιών που καλύπτουν πολλαπλούς κόμβους είναι απλές επειδή υπάρχει μόνο μία πηγή δεδομένων.

Στο σύμπλεγμα Redis, τα δεδομένα διαχωρίζονται από την υποδοχή κατακερματισμού, επομένως ορισμένες εντολές που περιλαμβάνουν πολλαπλά πλήκτρα απαιτούν όλα τα κλειδιά να ανήκουν στην ίδια υποδοχή κατακερματισμού. Οι εντολές πολλαπλών κλειδιών σε διαφορετικές υποδοχές θα αποτύχουν επειδή τα δεδομένα βρίσκονται σε διαφορετικούς κόμβους. Οι πελάτες πρέπει να είναι σε θέση να χειρίζονται μετακινούνται ή να ζητούν μηνύματα ανακατεύθυνσης για να εντοπίσουν τον σωστό κόμβο.

Ανοχή σφάλματος και αποτυχία:
Η αναπαραγωγή απαιτεί από το Sentinel ή έναν εξωτερικό ελεγκτή για να παρακολουθεί τον κύριο και να αυτοματοποιήσει την αποτυχία σε ένα αντίγραφο σε περίπτωση αποτυχίας. Ο Sentinel παρακολουθεί τους κόμβους και εκλέγει νέους πλοιάρχους, αν χρειαστεί, αλλά δεν παρέχει διαχωρισμό δεδομένων.

Το Redis Cluster διαθέτει ενσωματωμένη υποστήριξη για αναπαραγωγή και αυτόματη αποτυχία μέσα σε θραύσματα. Εάν ένας κύριος κόμβος αποτύχει, ένα αντίγραφο προωθείται στη θέση του χωρίς εξωτερικά εργαλεία. Το σύμπλεγμα διατηρεί μεταδεδομένα σχετικά με τη διανομή υποδοχής και την κατάσταση κόμβου, επιτρέποντας την αυτοθεραπεία.

Ενσωμάτωση οικοσυστήματος Kubernetes:
Στο Kubernetes, η αντιμετώπιση της αναπαραγωγής και της ομαδοποίησης Redis απαιτεί διαφορετικές προσεγγίσεις:

- Για την αναπαραγωγή, το Kubernetes statefulsets παρέχει σταθερή ταυτότητα και αποθήκευση για master και replicas. Οι υπηρεσίες διευκολύνουν την πρόσβαση. Η αυτοματοποίηση αποτυχίας διαχειρίζεται συνήθως οι χειριστές Redis Sentinel ή Kubernetes που έχουν σχεδιαστεί για Redis.

- Για την ομαδοποίηση, τα statefulsets αναπτύσσουν πολλαπλά κύρια και ρεπλίκα. Οι υπηρεσίες χωρίς κεφαλές επιτρέπουν την άμεση επικοινωνία POD που είναι απαραίτητη για τα μηνύματα Internode του συμπλέγματος. Εργαλεία όπως τα διαγράμματα Helm ή οι χειριστές Redis απλοποιούν τη δημιουργία, την κλιμάκωση και τη διαχείριση του συμπλέγματος.

Λειτουργική πολυπλοκότητα:
Η αναπαραγωγή είναι απλούστερη για τη ρύθμιση και τη διαχείριση σε Kubernetes, επειδή περιλαμβάνει έναν ενιαίο εγγράφωτο κόμβο και πολλαπλούς κόμβους μόνο για ανάγνωση. Ωστόσο, η κλιμάκωση είναι περιορισμένη.

Η ομαδοποίηση είναι πιο περίπλοκη και απαιτεί προσεκτική διαχείριση των πολιτικών δικτύου, της ανακάλυψης υπηρεσιών και της συμβατότητας των πελατών, αλλά προσφέρει καλύτερη επεκτασιμότητα και ανθεκτικότητα συνολικά.

Χρήση περιπτώσεων:
Η αναπαραγωγή είναι κατάλληλη για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή διαθεσιμότητα, ανάγνωση της επεκτασιμότητας και πλεονασμού δεδομένων, αλλά έχουν μέτρια μεγέθη δεδομένων που ταιριάζουν σε έναν ενιαίο κόμβο.

Η ομαδοποίηση είναι ιδανική για πολύ μεγάλα σύνολα δεδομένων, βαριά φορτία εγγραφής και εφαρμογές που χρειάζονται οριζόντια επεκτασιμότητα και υψηλή ανοχή σφάλματος χωρίς εξωτερικά εργαλεία.