本文關鍵詞：Redis集群可靠性的研究與優(yōu)化

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【摘要】：近年來內(nèi)存數(shù)據(jù)庫發(fā)展迅速,其中最有代表性的就是Redis數(shù)據(jù)庫。Redis是一種基于key-value鍵值對存儲的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫,具有冗余和復制備份的特性,并且提供了多種編程語言支持以增加兼容性。Redis通常以高容錯、高可用、可擴展的集群模式提供服務,廣泛應用在高速緩存系統(tǒng)、云計算、大數(shù)據(jù)處理等領域。隨著Redis集群構建規(guī)模的增大,其可靠性的問題逐漸突出,提升集群可靠性能夠降低集群發(fā)生故障給用戶造成的損失。本文對Redis集群的容錯機制進行深入研究,以此為切入點對集群的可靠性進行優(yōu)化。本文主要工作如下:(1)針對Redis集群中存在的單節(jié)點故障的問題,基于Redis集群容錯機制的原理和過程,提出根據(jù)集群狀態(tài)的變化對容錯機制進行階段劃分的方法。Redis集群的容錯機制保證在發(fā)生單點故障時,集群能從故障中恢復。在容錯機制運行過程中,集群經(jīng)過確認下線、恢復上線的狀態(tài)轉(zhuǎn)變,根據(jù)集群的狀態(tài)變化,本文將Redis集群的容錯機制分成下線檢測和故障轉(zhuǎn)移兩個階段,下線檢測階段完成故障節(jié)點檢測,確認集群下線的狀態(tài);故障轉(zhuǎn)移階段通過節(jié)點選舉和主從切換完成集群的恢復。(2)針對下線檢測階段集群狀態(tài)收斂較慢的問題,根據(jù)Gossip通信協(xié)議的消息傳播特點,提出一種適用于大規(guī)模集群的通信模型。通過該模型建立集群收斂速度和通信過程之間的關系,發(fā)現(xiàn)在下線檢測階段,由于通信負載不均衡導致節(jié)點發(fā)送心跳消息的頻率比較低,而且在心跳消息中冗余節(jié)點信息的選取具有隨機性,降低了有效消息所占的比例。針對集群收斂過程的性能瓶頸,本文提出一種基于通信負載均衡的優(yōu)化方法對集群的通信過程進行優(yōu)化,增加集群收斂速度,提高下線檢測的效率。(3)針對Redis集群容錯機制的宕機容忍度較低的問題,基于集群的分片結構,提出新的主節(jié)點選舉算法。原始的選舉算法容易出現(xiàn)多次選舉的情況,而且從節(jié)點在選舉過程中沒有投票權,限制了算法對于多數(shù)主節(jié)點宕機的情況的適用性。本文從集群分片間的關系考慮,實現(xiàn)一種基于分組協(xié)同的片間選舉算法。通過優(yōu)化后的選舉算法,提升集群對宕機主節(jié)點個數(shù)的容忍度。為了對優(yōu)化前后的Redis集群的可靠性進行對比,本文使用Docker容器技術部署大規(guī)模的Redis集群,在此集群上測試容錯機制的性能。測試結果顯示優(yōu)化后的Redis集群容錯機制效率提升達到28%以上,下線檢測階段的性能提升達到80%以上。優(yōu)化后的選舉算法使得集群對宕機主節(jié)點數(shù)的容忍度提升了一倍。而且在提升集群可靠性的同時,對集群的通信負載、集群操作延遲和吞吐量幾乎不會產(chǎn)生影響。
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP311.13

【參考文獻】

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本文編號：1286703