面试题：Redis旧版复制功能在集群应用中的故障恢复策略

Question

当Redis集群中使用旧版复制功能时，若主节点发生故障，从节点晋升为主节点的过程是怎样的？期间可能会遇到哪些问题，如何解决这些问题以确保数据的一致性和系统的可用性？

Answer 1

从节点晋升为主节点的过程

1. 故障检测：
   • 集群中的每个节点都会定期向其他节点发送PING消息，进行心跳检测。当主节点在一定时间内（可配置，如cluster-node-timeout）没有收到从节点的PING响应时，会标记该从节点为PFAIL（疑似下线）状态。
   • 如果超过半数持有槽的主节点都标记某个主节点为PFAIL，那么这个主节点会被标记为FAIL（已下线）状态。
2. 从节点发现主节点故障：
   • 从节点通过接收其他节点广播的消息（如MEET、PING、PONG等）得知主节点进入FAIL状态。
3. 从节点选举：
   • 发现主节点故障的从节点会发起选举，要求其他节点投票给自己。
   • 每个持有槽的主节点只能投一票，先到先得。当从节点收集到超过半数持有槽的主节点的投票时，该从节点选举成功。
4. 晋升为主节点：
   • 选举成功的从节点晋升为主节点，开始接管原主节点负责的槽和客户端请求。

期间可能遇到的问题及解决办法

1. 脑裂问题：
   • 问题描述：在网络分区等情况下，可能出现旧主节点认为自己还是主节点，继续提供写服务，而新选举的主节点也在提供服务，导致数据不一致。
   • 解决办法：
     • 在配置文件中设置min - slaves - to - write和min - slaves - max - lag参数。min - slaves - to - write指定主节点至少需要有多少个从节点处于可写状态，min - slaves - max - lag指定从节点与主节点数据复制延迟的最大时间。当主节点发现满足条件的从节点数量不足时，会拒绝写请求，降低脑裂造成数据不一致的风险。
2. 数据同步问题：
   • 问题描述：新晋升的主节点可能与旧主节点数据不一致，特别是在故障发生时，旧主节点上可能还有未同步到从节点的写操作。
   • 解决办法：
     • 新主节点晋升后，需要尽快与其他从节点进行数据同步。Redis采用异步复制，新主节点会向从节点发送PSYNC命令，从节点根据自身情况选择全量复制（如果是第一次连接新主节点或不知道主节点复制偏移量）或部分复制（如果知道主节点复制偏移量且数据缺失在缓冲区范围内）。同时，在应用层面，可以采用一些补偿机制，如在故障恢复后对关键数据进行一致性检查和修复。
3. 选举延迟问题：
   • 问题描述：从节点选举过程可能会有延迟，在这段时间内整个集群对原主节点负责的槽的写操作不可用。
   • 解决办法：
     • 合理设置cluster - node - timeout等参数，既不能设置过小导致误判，也不能设置过大导致故障发现和选举延迟。同时，可以优化网络环境，减少网络延迟和丢包，加快节点间的消息交互，从而加快选举过程，提升系统的可用性。