Redis phân cụm và sao chép redis là hai cơ chế cơ bản nhưng khác nhau được sử dụng để đạt được tính khả dụng của dữ liệu, khả năng mở rộng và khả năng chịu lỗi trong triển khai Redis, đặc biệt là khi chạy redis trên kubernetes. Hiểu được sự khác biệt của họ đòi hỏi một cái nhìn chi tiết về kiến trúc, chức năng và hành vi hoạt động của họ trong bối cảnh môi trường Kubernetes.
Redis Reprication trong Kubernetes:
Sao chép trong Redis đề cập đến kiến trúc chính-replica (trước đây gọi là Master-Slave), trong đó một nút chính chứa bộ dữ liệu có thể ghi và một hoặc nhiều bản sao duy trì các bản sao của dữ liệu đó. Các bản sao này là các bản sao chỉ đọc đồng bộ hóa với Master không đồng bộ. Nếu nút chính không thành công, một trong những bản sao có thể được quảng bá để trở thành bậc thầy mới, do đó cung cấp tính khả dụng cao.
Khi được triển khai trong Kubernetes, Redis Sao chép thường liên quan đến việc chạy một trạng thái cho Master và một nhóm hoặc một nhóm khác cho các bản sao. Dịch vụ Kubernetes, thường là các dịch vụ của cụm, quản lý quyền truy cập vào các phiên bản Redis này. Sao chép trong thiết lập này giúp cải thiện khả năng đọc mở rộng vì các yêu cầu đọc có thể được phân phối trên nhiều bản sao chỉ đọc, giảm tải từ nút chính. Tuy nhiên, tất cả các hoạt động ghi vẫn được hướng đến nút chính, vì các bản sao không chấp nhận yêu cầu ghi.
Sao chép rất hữu ích cho các trường hợp sử dụng trong đó thông lượng đọc cần được tăng lên hoặc dự phòng dữ liệu là cần thiết cho các kịch bản chuyển đổi dự phòng. Tuy nhiên, sao chép không cung cấp phân vùng dữ liệu tự động hoặc thu hẹp. Điều này có nghĩa là toàn bộ bộ dữ liệu được lưu trữ trên Master và được sao chép đầy đủ vào các bản sao, có thể hạn chế khả năng mở rộng cho các bộ dữ liệu rất lớn.
Các điểm chính về Redis Replication dưới Kubernetes:
- Nó cung cấp dự phòng dữ liệu và khả năng chuyển đổi dự phòng bằng cách sao chép dữ liệu từ Master sang bản sao.
- Đọc các hoạt động có thể được chia tỷ lệ theo chiều ngang bằng cách phân phối các yêu cầu giữa các bản sao.
- Hoạt động viết được xử lý độc quyền bởi Master, có thể trở thành một nút cổ chai dưới tải trọng cao.
- Khai thác chuyển đổi dự phòng và bản sao thường yêu cầu các công cụ bên ngoài như Redis Sentinel hoặc Kubernetes Toán tử để tự động hóa.
- Dữ liệu được sao chép hoàn toàn, do đó sao chép không giảm thiểu giới hạn bộ nhớ của các nút đơn.
- Tích hợp với Kubernetes Statefulsets đảm bảo nhận dạng liên tục cho các nhóm redis và cho phép nhận dạng mạng ổn định cho chủ và bản sao.
- Bản sao sao chép không đồng bộ dữ liệu, do đó có thể có một độ trễ sao chép ảnh hưởng đến tính nhất quán đọc.
Redis phân cụm trong Kubernetes:
Redis Cluster là một triển khai phân tán của redis hỗ trợ thu hẹp và sao chép tự động. Nó phá vỡ bộ dữ liệu trên nhiều nút chính, mỗi nút chịu trách nhiệm cho một tập hợp các phím được xác định bởi các khe băm (tổng số khe Hash 16.384 trong cụm Redis). Mỗi nút chính có thể có bản sao cho tính sẵn sàng cao, tôn vinh nguyên tắc sao chép trong mỗi mảnh vỡ.
Kiến trúc này cho phép cụm Redis mở rộng cả theo chiều ngang và xử lý tính sẵn sàng cao. Cụm quản lý phân vùng dữ liệu (Sharding), do đó, mỗi nút chỉ chứa một phần của bộ dữ liệu thay vì một bản sao đầy đủ. Redis Cluster có thể xử lý chuyển đổi dự phòng ở cấp độ Shard mà không cần các công cụ bên ngoài như Sentinel.
Triển khai cụm Redis trên Kubernetes thường liên quan đến việc sử dụng Statefulsets để quản lý các nút Redis (Master và Replicas). Cần có các cấu hình mạng phức tạp hơn vì máy khách phải có khả năng giao tiếp với nút chính xác dựa trên ánh xạ khe băm khóa. Các dịch vụ của Kubernetes, bao gồm các dịch vụ không đầu, tạo điều kiện truy cập pod trực tiếp theo yêu cầu của cấu trúc liên kết cụm.
Các khía cạnh hoạt động chính của cụm Redis trong Kubernetes:
- Cung cấp Sharding dữ liệu tự động, phân phối dữ liệu qua nhiều nút chính để có khả năng mở rộng theo chiều ngang.
- Mỗi nút chính xử lý một tập hợp con của các khe băm, với các bản sao để chuyển đổi dự phòng và dự phòng bên trong mỗi mảnh vỡ.
- Hỗ trợ tính khả dụng cao và dung sai lỗi với chuyển đổi dự phòng tự động và sắp xếp lại.
- Khách hàng phải hỗ trợ giao thức cụm Redis để định tuyến các lệnh để sửa các nút dựa trên các khe hàm băm.
- Cấu hình mạng trong Kubernetes phức tạp hơn vì các máy khách giao tiếp trực tiếp với các nhóm redis riêng lẻ, không phải là một dịch vụ cân bằng tải duy nhất.
- Statefulsets đảm bảo nhận dạng pod ổn định, cần thiết cho giao tiếp nút cụm.
- Cụm Redis có thể duy trì tính khả dụng trong các phân vùng mạng và lỗi nút bằng cách quảng bá các bản sao.
Sự khác biệt về khả năng mở rộng và phân phối dữ liệu:
Redis Replication cung cấp dự phòng dữ liệu bằng cách nhân đôi bộ dữ liệu đầy đủ từ Master sang bản sao. Nó chia tỷ lệ đọc dung lượng nhưng không mở rộng công suất ghi hoặc kích thước bộ dữ liệu vượt quá khả năng của một nút chính. Master giữ toàn bộ bộ dữ liệu, có thể tạo ra các giới hạn do các ràng buộc bộ nhớ.
Tuy nhiên, Cluster Cluster, chia tỷ lệ cả hai lần đọc và ghi bằng cách phân vùng bộ dữ liệu trên nhiều nút (mảnh). Mỗi Shard chỉ chứa một phần dữ liệu, cho phép hệ thống xử lý các bộ dữ liệu lớn hơn bộ nhớ của một nút. Viết được phân phối giữa các mảnh vỡ, vì vậy khả năng ghi cụm được tăng lên bằng cách thêm nhiều bậc thầy hơn.
Phân phối dữ liệu và hoạt động:
Trong các thiết lập sao chép, tất cả dữ liệu có mặt trên chính và các bản sao trên các bản sao. Hoạt động, đặc biệt là viết, đi đến một nút duy nhất. Đọc có thể đi đến các bản sao, nhưng các hoạt động đa khóa trải dài trên nhiều nút rất đơn giản vì chỉ có một nguồn dữ liệu.
Trong Redis Cluster, dữ liệu được phân vùng bởi khe hàm băm, vì vậy một số lệnh liên quan đến nhiều khóa yêu cầu tất cả các khóa thuộc về cùng một khe hàm băm. Các lệnh đa khóa trên các vị trí khác nhau sẽ thất bại vì dữ liệu nằm trên các nút khác nhau. Khách hàng phải có thể xử lý các tin nhắn chuyển hướng đã di chuyển hoặc yêu cầu định vị nút chính xác.
Dung sai lỗi và chuyển đổi dự phòng:
Sao chép yêu cầu Sentinel hoặc bộ điều khiển bên ngoài để theo dõi chính và tự động hóa chuyển đổi dự phòng thành bản sao trong trường hợp thất bại. Sentinel giám sát các nút và bầu các bậc thầy mới nếu cần nhưng không cung cấp phân vùng dữ liệu.
Redis Cluster đã hỗ trợ tích hợp cho việc sao chép và chuyển đổi dự phòng tự động trong các mảnh vỡ. Nếu một nút chính không thành công, một bản sao được quảng bá ở vị trí của nó mà không có các công cụ bên ngoài. Cụm duy trì siêu dữ liệu về phân phối khe chính và trạng thái nút, cho phép tự phục hồi.
Tích hợp hệ sinh thái Kubernetes:
Trong Kubernetes, việc giải quyết việc sao chép redis và phân cụm đòi hỏi các cách tiếp cận khác nhau:
- Để sao chép, Kubernetes Statefulsets cung cấp bản sắc và lưu trữ ổn định cho chủ và bản sao. Dịch vụ tạo điều kiện truy cập. Tự động hóa chuyển đổi dự phòng thường được xử lý bởi các nhà khai thác Redis Sentinel hoặc Kubernetes được thiết kế cho Redis.
- Để phân cụm, Statefulsets triển khai nhiều nhóm chính và bản sao. Các dịch vụ không đầu cho phép giao tiếp pod trực tiếp cần thiết cho tin nhắn thực tế của cụm. Các công cụ như biểu đồ Helm hoặc toán tử Redis đơn giản hóa việc tạo, mở rộng và quản lý cụm.
Độ phức tạp hoạt động:
Sao chép đơn giản hơn để thiết lập và quản lý trong Kubernetes vì nó liên quan đến một nút có thể ghi duy nhất và nhiều nút chỉ đọc. Tuy nhiên, quy mô viết là hạn chế.
Phân cụm phức tạp hơn và yêu cầu quản lý cẩn thận các chính sách mạng, khám phá dịch vụ và khả năng tương thích của khách hàng, nhưng cung cấp khả năng mở rộng và khả năng phục hồi tốt hơn.
Các trường hợp sử dụng:
Sao chép rất phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tính khả dụng cao, khả năng đọc mở rộng và dự phòng dữ liệu nhưng có kích thước bộ dữ liệu vừa phải phù hợp với một nút duy nhất.
Phân cụm là lý tưởng cho các bộ dữ liệu rất lớn, tải ghi nặng và các ứng dụng cần khả năng mở rộng theo chiều ngang và dung sai lỗi cao mà không cần các công cụ bên ngoài.
Tóm lại, redis sao chép trong Kubernetes nhân đôi bộ dữ liệu đầy đủ trên một bản sao chính và chỉ đọc, tập trung vào tính khả dụng cao và đọc khả năng mở rộng, trong khi phân cụm các phân đoạn dữ liệu trên nhiều nút với các nút thay đổi và thay đổi theo mức độ thay đổi. Sự khác biệt về kiến trúc cơ bản này xác định sự phù hợp của chúng đối với các điều kiện sử dụng khác nhau và độ phức tạp hoạt động trong môi trường Kubernetes.