Redis2.8 psync1解决什么问题

在psync1功能出现前(redis2.8之前的版本),redis复制秒级中断,就会触发从实例进行fullsync。
每一次的fullsync,集群的性能和资源使用都可能带来抖动;如果redis所处的网络环境不稳定,那么fullsync的出步频率可能较高。
为解决此问题,redis2.8引入psync1, 有效地解决这种复制闪断,带来的影响。

redis的fullsync对业务而言,算是比较“重”的影响;对性能和可用性都有一定危险。
 fullsync常见的影响:

1. master需运行bgsave,出现Fork,可能造成master达到毫秒或秒级的卡顿(latest_fork_usec);
    2. redis进程Fork导致Copy-On-Write内存使用消耗(后文简称COW),最大能导致master进程内存使用量的消耗。    
    (eg RDB: 5213 MB of memory used by copy-on-write)
    3. Redis Slave load RDB过程,会导致复制线程的client output buffer增长很大;增大Master进程内存消耗;
    4. Redis保存RDB(不考虑disless replication),导致服务器磁盘IO和CPU(压缩)资源消耗
    5. 发送数GB大小的RDB文件,会导致服务器网络出口爆增,如果千兆网卡服务器,期间会影响业务正常请求响应时间(以及其他连锁影响)

psync1解决的问题:

redis2.8为支持psync1,引入了replication backlog buffer(后文称:复制积压缓冲区);

复制积压缓冲区是redis维护的固定长度缓冲队列(由参数repl-backlog-size设置,默认1MB),
master的写入命令在同步给slaves的同时,会在缓冲区中写入一份(master只有1个积压缓冲区,所有slaves共享)。

当redis复制中断后,slave会尝试采用psync, 上报原master runid + 当前已同步master的offset(复制偏移量,类似mysql的binlog file和position);
如果runid与master的一致,且复制偏移量在master的复制积压缓冲区中还有(即offset >= min(backlog值),master就认为部分重同步成功,不再进行全量同步。

redis2.8的部分同步机制,有效解决了网络环境不稳定、redis执行高时间复杂度的命令引起的复制中断,从而导致全量同步。但在应对slave重启和Master故障切换的场景时,psync1还是需进行全量同步。

psync1缺点:

从上文可知,psync1需2个条件同时满足,才能成功psync: master runid不变 和复制偏移量在master复制积缓冲区中。
那么在redis slave重启,因master runid和复制偏移量都会丢失,需进行全量重同步;
redis master发生故障切换,因master runid发生了变化;故障切换后,新的slave需进行全量重同步。

而slave维护性重启、master故障切换都是redis运维常见场景,为redis的psync1是不能解决这两类场景的成功部分重同步问题。

因此redis4.0的加强版部分重同步功能-psync2,主要解决这两类场景的部分重新同步。

psync2:

       在redis cluster的实际生产运营中,实例的维护性重启、主实例的故障切换(如cluster failover)操作都是比较常见的(如实例升级、rename command和释放实例内存碎片等)。而在redis4.0版本前,这类维护性的处理,redis都会发生全量重新同步,导到性能敏感的服务有少量受损。
如前文所述,psync2主要让redis在从实例重启和主实例故障切换场景下,也能使用部分重新同步。
本节主要简述psync2在这两种场景的逻辑实现。
名词解释:

  • master_replid : 复制ID1(后文简称:replid1),一个长度为41个字节(40个随机串+'\0')的字符串。redis实例都有,和runid没有直接关联,但和runid生成规则相同,都是由getRandomHexChars函数生成。当实例变为从实例后,自己的replid1会被主实例的replid1覆盖。
  • master_replid2:复制ID2(后文简称:replid2),默认初始化为全0,用于存储上次主实例的replid1

实例的replid信息,可通过info replication进行查看; 示例如下:

127.0.0.1:6385> info replication
# Replication
role:slave
master_host:xxxx      // IP模糊处理
master_port:6382
master_link_status:up
slave_repl_offset:119750
master_replid:fe093add4ab71544ce6508d2e0bf1dd0b7d1c5b2  //这里是主实例的replid1相同
master_replid2:0000000000000000000000000000000000000000  //未发生切换,即主实例未发生过变化,所以是初始值全"0"
master_repl_offset:119750
second_repl_offset:-1

Redis从实例重启的部分重新同步

在之前的版本,redis重启后,复制信息是完全丢失;所以从实例重启后,只能进行全量重新同步。
redis4.0为实现重启后,仍可进行部分重新同步,主要做以下3点:
1 redis关闭时,把复制信息作为辅助字段(AUX Fields)存储在RDB文件中;以实现同步信息持久化。
2 redis启动加载RDB文件时,会把复制信息赋给相关字段;为部分同步
3 redis重新同步时,会上报repl-id和repl-offset同步信息,如果和主实例匹配,且offset还在主实例的复制积压缓冲区内,则只进行部分重新同步。

redis关闭时,持久化复制信息到RDB

redis在关闭时,通过shutdown save,都会调用rdbSaveInfoAuxFields函数,
把当前实例的repl-id和repl-offset保存到RDB文件中。
说明:当前的RDB存储的数据内容和复制信息是一致性的。熟悉MySQL的同学,可以认为MySQL中全量备份数和binlog信息是一致的。

redis从实例尝试部分重新同步

redis实例重启后,从RDB文件中加载(注:此处不讨论AOF和RDB加载优先权)master_replid和master_repl_offset;相当于实例的server.cached_master。当我们把它作为某个实例的从库时(包含如被动的cluster slave或主动执行slaveof指令),实例向主实例上报master_replid和master_repl_offset+1;从实例同时满足以下两条件,就可以部分重新同步:
1 从实例上报master_replid串,与主实例的master_replid1或replid2有一个相等
2 从实例上报的master_repl_offset+1字节,还存在于主实例的复制积压缓冲区中

从实例尝试部分重新同步函数slaveTryPartialResynchronization(replication.c文件中);
主实例判断能否进行部分重新同步函数masterTryPartialResynchronization(replication.c文件中)。

redis重启时,临时调整主实例的复制积压缓冲区大小

redis的复制积压缓冲区是通过参数repl-backlog-size设置,默认1MB;为确保从实例重启后,还能部分重新同步,需设置合理的repl-backlog-size值。
1 计算合理的repl-backlog-size值大小
通过主库每秒增量的master复制偏移量master_repl_offset(info replication指令获取)大小,
如每秒offset增加是5MB,那么主实例复制积压缓冲区要保留最近60秒写入内容,backlog_size设置就得大于300MB(60*5)。而从实例重启加载RDB文件是较耗时的过程,如重启某个重实例需120秒(RDB大小和CPU配置相关),那么主实例backlog_size就得设置至少600MB.

计算公式:backlog_size = 重启从实例时长 * 主实例offset每秒写入量

2 重启从实例前,调整主实例的动态调整repl-backlog-size的值。
通过config set动态调整redis的repl-backlog-size时,redis会释放当前的积压缓冲区,重新分配一个指定大小的缓冲区。 所以我们必须在从实例重启前,调整主实例的repl-backlog-size。

psync2实现Redis Cluster Failover部分全新同步

为解决主实例故障切换后,重新同步新主实例数据时使用psync,而分fullsync;

1 redis4.0使用两组replid、offset替换原来的master runid和offset.
2 redis slave默认开启复制积压缓冲区功能;以便slave故障切换变化master后,其他落后从可以从缓冲区中获取写入指令。
第一组:master_replid和master_repl_offset
如果redis是主实例,则表示为自己的replid和复制偏移量; 如果redis是从实例,则表示为自己主实例的replid1和同步主实例的复制偏移量。

第二组:master_replid2和second_repl_offset
无论主从,都表示自己上次主实例repid1和复制偏移量;用于兄弟实例或级联复制,主库故障切换psync.
初始化时, 前者是40个字符长度为0,后者是-1; 只有当主实例发生故障切换时,redis把自己replid1和master_repl_offset+1分别赋值给master_replid2和second_repl_offset。
这个交换逻辑实现在函数shiftReplicationId中。

这样发生主库故障切换,以下三种常见结构,都能进行psync:
1 一主一从发生切换,A->B 切换变成 B->A ;
2 一主多从发生切换,兄弟节点变成父子节点时;
3 级别复制发生切换, A->B->C 切换变成 B->C->A