艾體寶干貨 | 解析Redis企業(yè)版的多租戶技術(shù)

引導(dǎo)語：在多租戶架構(gòu)中，一個軟件實(shí)例為多個不同的用戶組（或“租戶”）提供服務(wù)。每個租戶的數(shù)據(jù)都被安全地隔離，確保它們對其他租戶不可見且無法訪問?？梢詫⑵湎胂鬄橐粭澒⒋髽?，每個人都住在共享建筑中獨(dú)立且隔離的單元中。

簡介：Redis的多租戶解決方案為企業(yè)節(jié)省成本、提高效率和靈活性。它允許在單個集群中運(yùn)行多個數(shù)據(jù)庫端點(diǎn)，最大化資源利用率。通過無縫擴(kuò)展和微調(diào)，滿足不同應(yīng)用程序的需求。無共享架構(gòu)提供高性能、可用性、安全性和可管理性，并支持可擴(kuò)展性和資源分配。

一、基本概念

多租戶（Multi-Tenancy）技術(shù)是一種軟件架構(gòu)模式，在這種模式下，單一的軟件實(shí)例為多個獨(dú)立的租戶（Tenant）提供服務(wù)。每個租戶的數(shù)據(jù)和配置被邏輯上隔離，確保安全性和隱私，但物理上共享同一套硬件和軟件資源。多租戶技術(shù)包括以下幾個基本概念：

• 租戶（Tenant）：指使用同一軟件實(shí)例的獨(dú)立實(shí)體（公司、部門或個人用戶）。每個租戶的數(shù)據(jù)和配置邏輯上隔離，確保安全性和隱私。
• 共享資源（Shared Resources）：通過共享計(jì)算資源（服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)）降低成本和提高資源利用率。
• 邏輯隔離（Logical Isolation）：通過數(shù)據(jù)庫分區(qū)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和操作的嚴(yán)格隔離。
• 可定制性（Customizability）：允許租戶根據(jù)需求定制軟件，如界面風(fēng)格、功能模塊和權(quán)限配置。

二、多租戶與Redis

在Redis中，多租戶指的是單個服務(wù)器高效地管理各個租戶的需求，每個租戶都安全地、獨(dú)立地維護(hù)其數(shù)據(jù)。操作效率和成本效益是這種方法的幾個關(guān)鍵優(yōu)勢。因?yàn)樗畲笙薅鹊乩觅Y源，不需要為每個新租戶增加額外的物理基礎(chǔ)設(shè)施，從而簡化和擴(kuò)展業(yè)務(wù)運(yùn)營。
通過Redis，可以在本地或任何受控的云基礎(chǔ)設(shè)施中創(chuàng)建多租戶環(huán)境。這一功能對于使用微服務(wù)開發(fā)內(nèi)部應(yīng)用程序特別有價值。通過采用多租戶方法，避免了為每個開發(fā)、測試或生產(chǎn)環(huán)境構(gòu)建和維護(hù)單獨(dú)基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性和費(fèi)用。意味著可以并行構(gòu)建和測試，大大減少了工作量。

三、Redis的多實(shí)例部署

1、多實(shí)例部署

多租戶和多實(shí)例架構(gòu)有明顯差異。在多實(shí)例架構(gòu)中，每個租戶安裝一個新的軟件實(shí)例。下圖展示了Redis多實(shí)例架構(gòu)的示例。在這種情況下，為每個租戶部署一個新的Redis實(shí)例，以滿足租戶數(shù)據(jù)隔離的需求。但是隨著租戶數(shù)量的增加，部署、監(jiān)控、維護(hù)和升級多個軟件實(shí)例的復(fù)雜性也隨之增加。

2、通過虛擬化/容器化實(shí)現(xiàn)多租戶

在這種情況下，Redis作為一個容器或虛擬機(jī)部署，底層管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)根據(jù)需要啟動新的Redis實(shí)例。多租戶在服務(wù)器或基礎(chǔ)設(shè)施級別進(jìn)行處理，確保每個租戶的操作保持隔離和安全。這種方法與多實(shí)例設(shè)置非常相似，盡管管理層簡化了新Redis服務(wù)的配置和啟動，但需要監(jiān)控和管理的Redis實(shí)例數(shù)量沒有改變。

許多常見服務(wù)如Amazon ElastiCache采用這種模式。這些服務(wù)根據(jù)使用的Redis實(shí)例數(shù)量收費(fèi)。雖然這種定價模式和服務(wù)的可擴(kuò)展性通常會帶來規(guī)模效益，但這些效益的獲利者往往是服務(wù)提供商而非終端用戶。

3、Redis中的多租戶

Redis提供軟件級別的多租戶，單次部署（通常是多節(jié)點(diǎn)的集群部署形式）能高效地支持?jǐn)?shù)百個租戶。每個租戶都被分配到一個獨(dú)立的Redis接入端點(diǎn)，且與其他租戶完全隔離。此舉最大化了效率，同時提高了數(shù)據(jù)庫設(shè)置的安全性和性能。

在數(shù)據(jù)中心、私有云或虛擬私有云中部署Redis，可以充分利用多租戶架構(gòu)的效益優(yōu)勢。只需要準(zhǔn)備少量Redis節(jié)點(diǎn)的單個集群，就可以支持從開發(fā)和測試再到完整生產(chǎn)線上環(huán)境的各種業(yè)務(wù)。此種設(shè)置允許在同一基礎(chǔ)設(shè)施中高效地滿足不同租戶的不同需求。

四、Redis的多租戶架構(gòu)是如何工作的

Redis的架構(gòu)在多層抽象上實(shí)現(xiàn)多租戶、高可用性、線性擴(kuò)展和高吞吐量等功能。以下是主要組件的分解：

1、節(jié)點(diǎn)

節(jié)點(diǎn)是Redis軟件運(yùn)行的硬件基礎(chǔ)，可以是物理服務(wù)器、虛擬機(jī)、容器或云實(shí)例。

2、數(shù)據(jù)管理組件

分片: Redis的核心是分片，運(yùn)行在單個CPU核心上的核心實(shí)例。管理整個數(shù)據(jù)集的一個子集，獨(dú)立運(yùn)行，以提高性能和可擴(kuò)展性。
數(shù)據(jù)庫: 每個數(shù)據(jù)庫都是租戶數(shù)據(jù)的邏輯端點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)數(shù)據(jù)大小和吞吐量需求，為一個數(shù)據(jù)庫分配多個分片。持久性、復(fù)制、驅(qū)逐策略以及使用閃存擴(kuò)展 RAM 等功能都可以在數(shù)據(jù)庫級別進(jìn)行配置。數(shù)據(jù)庫通過在不同節(jié)點(diǎn)上分布主數(shù)據(jù)庫和輔助數(shù)據(jù)庫來確保高可用性。數(shù)據(jù)庫類型包括：

• Simple數(shù)據(jù)庫： 單個主分片
• 高可用（HA）數(shù)據(jù)庫： 一個主分片與一個或多個副本分片
• 集群數(shù)據(jù)庫： 多個主分片，每個分片處理數(shù)據(jù)集的一個部分
• HA集群數(shù)據(jù)庫： 多對主分片和副本分片

3、集群控制組件

零延遲代理（Zero latency proxy）：集成到每個節(jié)點(diǎn)的多線程代理，會將Redis操作從客戶端路由到正確的數(shù)據(jù)庫分片。保障了請求將被定向到適當(dāng)?shù)姆制?，提供高效操作的基礎(chǔ)。

集群管理器（Cluster manager）：由一組分布式進(jìn)程組成，負(fù)責(zé)管理整個集群生命周期。與數(shù)據(jù)平面組件分離，集群管理器負(fù)責(zé)：

• 數(shù)據(jù)庫調(diào)配和取消調(diào)配：確保最佳的資源利用率
• 自動擴(kuò)展（Automatic scaling)：調(diào)整資源以處理高峰工作負(fù)載
• 自動重新分區(qū)（Automatic resharding）：確保高吞吐量和低延遲性能
• 自動重新平衡（Automatic rebalancing）：保持高吞吐量和實(shí)時性能
• 資源管理：監(jiān)控整個系統(tǒng)的健康狀況
• 節(jié)點(diǎn)看門狗（Node watchdog）：監(jiān)督每個 Redis 節(jié)點(diǎn)上的進(jìn)程，必要時觸發(fā)分片故障事件
• 集群看門狗（Cluster watchdog）：確保 Redis 集群節(jié)點(diǎn)的健康，必要時觸發(fā)節(jié)點(diǎn)故障事件

部署功能非常強(qiáng)大，唯一的限制是集群中可用的總內(nèi)存。每個數(shù)據(jù)庫端點(diǎn)都被分配一個完全限定域名（FQDN），所有節(jié)點(diǎn)上的零延遲代理能有效地將客戶端請求重定向到正確的主分片。

五、通過多租戶降低成本并提升效率

Redis的多租戶解決方案帶來了一些顯著的價值：

1、降低基礎(chǔ)設(shè)施成本：Redis通過允許在單個集群中運(yùn)行多個Redis數(shù)據(jù)庫端點(diǎn)，最大化基礎(chǔ)設(shè)施利用率。例如，可以在一個簡單的三節(jié)點(diǎn)集群上運(yùn)行數(shù)百個數(shù)據(jù)庫端點(diǎn)。由于底層的時間片切分機(jī)制，運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫實(shí)例數(shù)量可以遠(yuǎn)超可用核心數(shù)量。Redis在發(fā)出需要添加更多資源的信號之前，

會利用所有可用的物理資源。相比之下，ElastiCache 等其他解決方案只能為每個節(jié)點(diǎn)或集群提供一個數(shù)據(jù)庫端點(diǎn)，與我們的方法相比，這將導(dǎo)致顯著的額外成本。

2、無縫擴(kuò)展：可以通過添加更多分片并在多個節(jié)點(diǎn)上擴(kuò)展來擴(kuò)展Redis數(shù)據(jù)庫。Redis架構(gòu)確保在此過程中其他租戶（此處為數(shù)據(jù)庫）不會受到影響。

3、針對高可用性、持久性、淘汰和數(shù)據(jù)大小的微調(diào)：并非所有應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)持久性和高可用性都有相同的要求。在Redis中，可以根據(jù)應(yīng)用程序需求調(diào)整數(shù)據(jù)庫，而不影響同一節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的其他數(shù)據(jù)庫。

4、在開發(fā)、測試和生產(chǎn)環(huán)境中的敏捷性：一旦設(shè)置了Redis集群，應(yīng)用程序開發(fā)人員可以按需配置Redis數(shù)據(jù)庫端點(diǎn)，而無需擔(dān)心底層物理或云基礎(chǔ)設(shè)施。

Redis是一種經(jīng)過市場驗(yàn)證的多租戶解決方案。這可保證所有數(shù)據(jù)庫滿足其性能要求，同時保持與其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫的隔離，并在分布式環(huán)境中保持高可用性。Redis易于擴(kuò)展，在主要云平臺（如AWS、Azure和Google Cloud）上運(yùn)行了超過50,000個數(shù)據(jù)庫端點(diǎn)，近10,000家企業(yè)信任我們，并

使用Redis來處理其最重要的應(yīng)用程序。

六、Redis的無共享架構(gòu)帶來的收益

Redis采用無共享架構(gòu)，清楚地將數(shù)據(jù)路徑組件（如代理和分片）與控制和管理組件（如集群管理進(jìn)程）分開。這種架構(gòu)提供了顯著的優(yōu)勢，并解決了關(guān)鍵的多租戶挑戰(zhàn)：

1、性能：該架構(gòu)允許數(shù)據(jù)組件實(shí)體專注于處理用戶請求，提高整體性能。每個分片獨(dú)立運(yùn)行，類似于獨(dú)立的Redis實(shí)例，無需監(jiān)控其他實(shí)例或管理網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，這種隔離減少了其他租戶帶來的干擾。

2、可用性：在分片、重新分片重新平衡等工作任務(wù)的期間內(nèi)，應(yīng)用程序均保持對數(shù)據(jù)的一致訪問，這種無縫的數(shù)據(jù)可用性由系統(tǒng)自動管理，無需人工干預(yù)，保證操作在后臺活動中不中斷。

3、安全性和數(shù)據(jù)隱私：Redis通過將配置命令限制在安全的CLI、UI或API接口上，并使用基于角色的授權(quán)來增強(qiáng)安全性。我們的代理架構(gòu)確保每個分片僅與經(jīng)過身份驗(yàn)證的實(shí)體連接并處理經(jīng)過驗(yàn)證的請求，從而防止未經(jīng)授權(quán)的訪問并增強(qiáng)租戶間的數(shù)據(jù)隱私。

4、可管理性：數(shù)據(jù)庫配置、配置更改和軟件更新等管理任務(wù)通過單個命令流暢執(zhí)行，也可通過UI或API執(zhí)行。這些任務(wù)在不中斷用戶流量的情況下在集群中執(zhí)行，確保操作順暢和資源分配有效。

5、可擴(kuò)展性和資源分配：該架構(gòu)支持水平擴(kuò)展，有效地將數(shù)據(jù)集分布在多個節(jié)點(diǎn)、服務(wù)器和集群中。這種方法不僅適應(yīng)增長，還戰(zhàn)略性地分配資源，防止任何單個租戶獨(dú)占系統(tǒng)能力。結(jié)果是資源在所有租戶之間公平分配。

結(jié)語

多租戶技術(shù)從共享計(jì)算時代起源，經(jīng)過多年的發(fā)展和演進(jìn)，已成為現(xiàn)代云計(jì)算和SaaS架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)。Redis Enterprise通過高效的多租戶支持和創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，提供了強(qiáng)大的性能、靈活性和安全性，為企業(yè)提供了可靠的解決方案。通過不斷優(yōu)化和改進(jìn)，Redis Enterprise將在未來繼續(xù)引領(lǐng)多租戶技術(shù)的發(fā)展。

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