一萬字詳解 Redis Cluster Gossip 協議

Redis Cluster Gossip 協議

大家好，我是歷小冰，今天來講一下 Reids Cluster 的 Gossip 協議和叢集操作，文章的思維導圖如下所示。

叢集模式和 Gossip 簡介

對於資料儲存領域，當資料量或者請求流量大到一定程度後，就必然會引入分散式。比如 Redis，雖然其單機效能十分優秀，但是因為下列原因時，也不得不引入叢集。

• 單機無法保證高可用，需要引入多例項來提供高可用性
• 單機能夠提供高達 8W 左右的QPS，再高的QPS則需要引入多例項
• 單機能夠支援的資料量有限，處理更多的資料需要引入多例項；
• 單機所處理的網路流量已經超過伺服器的網路卡的上限值，需要引入多例項來分流。

有叢集，叢集往往需要維護一定的後設資料，比如例項的ip地址，快取分片的 slots 資訊等，所以需要一套分散式機制來維護後設資料的一致性。這類機制一般有兩個模式：分散式和集中式

分散式機制將後設資料儲存在部分或者所有節點上，不同節點之間進行不斷的通訊來維護後設資料的變更和一致性。Redis Cluster，Consul 等都是該模式。

而集中式是將叢集後設資料集中儲存在外部節點或者中介軟體上，比如 zookeeper。舊版本的 kafka 和 storm 等都是使用該模式。

兩種模式各有優劣，具體如下表所示：

模式	優點	缺點
集中式	資料更新及時，時效好，後設資料的更新和讀取，時效性非常好，一旦後設資料出現了變更，立即就更新到集中式的外部節點中，其他節點讀取的時候立即就可以感知到;	較大資料更新壓力，更新壓力全部集中在外部節點，作為單點影響整個系統
分散式	資料更新壓力分散，後設資料的更新比較分散，不是集中某一個節點，更新請求比較分散，而且有不同節點處理，有一定的延時，降低了併發壓力	資料更新延遲，可能導致叢集的感知有一定的滯後

分散式的後設資料模式有多種可選的演算法進行後設資料的同步，比如說 Paxos、Raft 和 Gossip。Paxos 和 Raft 等都需要全部節點或者大多數節點(超過一半)正常執行，整個叢集才能穩定執行，而 Gossip 則不需要半數以上的節點執行。

Gossip 協議，顧名思義，就像流言蜚語一樣，利用一種隨機、帶有傳染性的方式，將資訊傳播到整個網路中，並在一定時間內，使得系統內的所有節點資料一致。對你來說，掌握這個協議不僅能很好地理解這種最常用的，實現最終一致性的演算法，也能在後續工作中得心應手地實現資料的最終一致性。

Gossip 協議又稱 epidemic 協議（epidemic protocol），是基於流行病傳播方式的節點或者程式之間資訊交換的協議，在P2P網路和分散式系統中應用廣泛，它的方法論也特別簡單：

在一個處於有界網路的叢集裡，如果每個節點都隨機與其他節點交換特定資訊，經過足夠長的時間後，叢集各個節點對該份資訊的認知終將收斂到一致。

這裡的“特定資訊”一般就是指叢集狀態、各節點的狀態以及其他後設資料等。Gossip協議是完全符合 BASE 原則，可以用在任何要求最終一致性的領域，比如分散式儲存和註冊中心。另外，它可以很方便地實現彈性叢集，允許節點隨時上下線，提供快捷的失敗檢測和動態負載均衡等。

此外，Gossip 協議的最大的好處是，即使叢集節點的數量增加，每個節點的負載也不會增加很多，幾乎是恆定的。這就允許 Redis Cluster 或者 Consul 叢集管理的節點規模能橫向擴充套件到數千個。

Redis Cluster 的 Gossip 通訊機制

Redis Cluster 是在 3.0 版本引入叢集功能。為了讓讓叢集中的每個例項都知道其他所有例項的狀態資訊，Redis 叢集規定各個例項之間按照 Gossip 協議來通訊傳遞資訊。

上圖展示了主從架構的 Redis Cluster 示意圖，其中實線表示節點間的主從複製關係，而虛線表示各個節點之間的 Gossip 通訊。

Redis Cluster 中的每個節點都維護一份自己視角下的當前整個叢集的狀態，主要包括：

1. 當前叢集狀態
2. 叢集中各節點所負責的 slots資訊，及其migrate狀態
3. 叢集中各節點的master-slave狀態
4. 叢集中各節點的存活狀態及懷疑Fail狀態

也就是說上面的資訊，就是叢集中Node相互八卦傳播流言蜚語的內容主題，而且比較全面，既有自己的更有別人的，這麼一來大家都相互傳，最終資訊就全面而且一致了。

Redis Cluster 的節點之間會相互傳送多種訊息，較為重要的如下所示：

• MEET：通過「cluster meet ip port」命令，已有叢集的節點會向新的節點傳送邀請，加入現有叢集，然後新節點就會開始與其他節點進行通訊；
• PING：節點按照配置的時間間隔向叢集中其他節點傳送 ping 訊息，訊息中帶有自己的狀態，還有自己維護的叢集後設資料，和部分其他節點的後設資料；
• PONG: 節點用於回應 PING 和 MEET 的訊息，結構和 PING 訊息類似，也包含自己的狀態和其他資訊，也可以用於資訊廣播和更新；
• FAIL: 節點 PING 不通某節點後，會向叢集所有節點廣播該節點掛掉的訊息。其他節點收到訊息後標記已下線。

Redis 的原始碼中 cluster.h 檔案定義了全部的訊息型別，程式碼為 redis 4.0版本。

// 注意，PING 、 PONG 和 MEET 實際上是同一種訊息。
// PONG 是對 PING 的回覆，它的實際格式也為 PING 訊息，
// 而 MEET 則是一種特殊的 PING 訊息，用於強制訊息的接收者將訊息的傳送者新增到叢集中（如果節點尚未在節點列表中的話）
#define CLUSTERMSG_TYPE_PING 0          /* Ping 訊息 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_PONG 1          /* Pong 用於回覆Ping */
#define CLUSTERMSG_TYPE_MEET 2          /* Meet 請求將某個節點新增到叢集中 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_FAIL 3          /* Fail 將某個節點標記為 FAIL */
#define CLUSTERMSG_TYPE_PUBLISH 4       /* 通過釋出與訂閱功能廣播訊息 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_REQUEST 5 /* 請求進行故障轉移操作，要求訊息的接收者通過投票來支援訊息的傳送者 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_FAILOVER_AUTH_ACK 6     /* 訊息的接收者同意向訊息的傳送者投票 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_UPDATE 7        /* slots 已經發生變化，訊息傳送者要求訊息接收者進行相應的更新 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_MFSTART 8       /* 為了進行手動故障轉移，暫停各個客戶端 */
#define CLUSTERMSG_TYPE_COUNT 9         /* 訊息總數 */

通過上述這些訊息，叢集中的每一個例項都能獲得其它所有例項的狀態資訊。這樣一來，即使有新節點加入、節點故障、Slot 變更等事件發生，例項間也可以通過 PING、PONG 訊息的傳遞，完成叢集狀態在每個例項上的同步。下面，我們依次來看看幾種常見的場景。

定時 PING/PONG 訊息

Redis Cluster 中的節點都會定時地向其他節點傳送 PING 訊息，來交換各個節點狀態資訊，檢查各個節點狀態，包括線上狀態、疑似下線狀態 PFAIL 和已下線狀態 FAIL。

Redis 叢集的定時 PING/PONG 的工作原理可以概括成兩點：

• 一是，每個例項之間會按照一定的頻率，從叢集中隨機挑選一些例項，把 PING 訊息傳送給挑選出來的例項，用來檢測這些例項是否線上，並交換彼此的狀態資訊。PING 訊息中封裝了傳送訊息的例項自身的狀態資訊、部分其它例項的狀態資訊，以及 Slot 對映表。
• 二是，一個例項在接收到 PING 訊息後，會給傳送 PING 訊息的例項，傳送一個 PONG 訊息。PONG 訊息包含的內容和 PING 訊息一樣。

下圖顯示了兩個例項間進行 PING、PONG 訊息傳遞的情況，其中例項一為傳送節點，例項二是接收節點

新節點上線

Redis Cluster 加入新節點時，客戶端需要執行 CLUSTER MEET 命令，如下圖所示。

節點一在執行 CLUSTER MEET 命令時會首先為新節點建立一個 clusterNode 資料，並將其新增到自己維護的 clusterState 的 nodes 字典中。有關 clusterState 和 clusterNode 關係，我們在最後一節會有詳盡的示意圖和原始碼來講解。

然後節點一會根據據 CLUSTER MEET 命令中的 IP 地址和埠號，向新節點傳送一條 MEET 訊息。新節點接收到節點一傳送的MEET訊息後，新節點也會為節點一建立一個 clusterNode 結構，並將該結構新增到自己維護的 clusterState 的 nodes 字典中。

接著，新節點向節點一返回一條PONG訊息。節點一接收到節點B返回的PONG訊息後，得知新節點已經成功的接收了自己傳送的MEET訊息。

最後，節點一還會向新節點傳送一條 PING 訊息。新節點接收到該條 PING 訊息後，可以知道節點A已經成功的接收到了自己返回的P ONG訊息，從而完成了新節點接入的握手操作。

MEET 操作成功之後，節點一會通過稍早時講的定時 PING 機制將新節點的資訊傳送給叢集中的其他節點，讓其他節點也與新節點進行握手，最終，經過一段時間後，新節點會被叢集中的所有節點認識。

節點疑似下線和真正下線

Redis Cluster 中的節點會定期檢查已經傳送 PING 訊息的接收方節點是否在規定時間 ( cluster-node-timeout ) 內返回了 PONG 訊息，如果沒有則會將其標記為疑似下線狀態，也就是 PFAIL 狀態，如下圖所示。

然後，節點一會通過 PING 訊息，將節點二處於疑似下線狀態的資訊傳遞給其他節點，例如節點三。節點三接收到節點一的 PING 訊息得知節點二進入 PFAIL 狀態後，會在自己維護的 clusterState 的 nodes 字典中找到節點二所對應的 clusterNode 結構，並將主節點一的下線報告新增到 clusterNode 結構的 fail_reports 連結串列中。

隨著時間的推移，如果節點十 (舉個例子) 也因為 PONG 超時而認為節點二疑似下線了，並且發現自己維護的節點二的 clusterNode 的 fail_reports 中有半數以上的主節點數量的未過時的將節點二標記為 PFAIL 狀態報告日誌，那麼節點十將會把節點二將被標記為已下線 FAIL 狀態，並且節點十會立刻向叢集其他節點廣播主節點二已經下線的 FAIL 訊息，所有收到 FAIL 訊息的節點都會立即將節點二狀態標記為已下線。如下圖所示。

需要注意的是，報告疑似下線記錄是由時效性的，如果超過 cluster-node-timeout *2 的時間，這個報告就會被忽略掉，讓節點二又恢復成正常狀態。

Redis Cluster 通訊原始碼實現

綜上，我們瞭解了 Redis Cluster 在定時 PING/PONG、新節點上線、節點疑似下線和真正下線等環節的原理和操作流程，下面我們來真正看一下 Redis 在這些環節的原始碼實現和具體操作。

涉及的資料結構體

首先，我們先來講解一下其中涉及的資料結構，也就是上文提到的 ClusterNode 等結構。

每個節點都會維護一個 clusterState 結構，表示當前叢集的整體狀態，它的定義如下所示。

typedef struct clusterState {
   clusterNode *myself;  /* 當前節點的clusterNode資訊 */
   ....
   dict *nodes;          /* name到clusterNode的字典 */
   ....
   clusterNode *slots[CLUSTER_SLOTS]; /* slot 和節點的對應關係*/
   ....
} clusterState;

它有三個比較關鍵的欄位，具體示意圖如下所示：

• myself 欄位，是一個 clusterNode 結構，用來記錄自己的狀態；
• nodes 字典，記錄一個 name 到 clusterNode 結構的對映，以此來記錄其他節點的狀態；
• slot 陣列，記錄slot 對應的節點 clusterNode結構。

clusterNode 結構儲存了一個節點的當前狀態，比如節點的建立時間、節點的名字、節點 當前的配置紀元、節點的IP地址和埠號等等。除此之外，clusterNode結構的 link 屬性是一個clusterLink結構，該結構儲存了連線節點所需的有關資訊，比如套接字描述符，輸入緩衝區和輸出緩衝區。clusterNode 還有一個 fail_report 的列表，用來記錄疑似下線報告。具體定義如下所示。

typedef struct clusterNode {
    mstime_t ctime; /* 建立節點的時間 */
    char name[CLUSTER_NAMELEN]; /* 節點的名字 */
    int flags;      /* 節點標識，標記節點角色或者狀態，比如主節點從節點或者線上和下線 */
    uint64_t configEpoch; /* 當前節點已知的叢集統一epoch */
    unsigned char slots[CLUSTER_SLOTS/8]; /* slots handled by this node */
    int numslots;   /* Number of slots handled by this node */
    int numslaves;  /* Number of slave nodes, if this is a master */
    struct clusterNode **slaves; /* pointers to slave nodes */
    struct clusterNode *slaveof; /* pointer to the master node. Note that it
                                    may be NULL even if the node is a slave
                                    if we don't have the master node in our
                                    tables. */
    mstime_t ping_sent;      /* 當前節點最後一次向該節點傳送 PING 訊息的時間 */
    mstime_t pong_received;  /* 當前節點最後一次收到該節點 PONG 訊息的時間 */
    mstime_t fail_time;      /* FAIL 標誌位被設定的時間 */
    mstime_t voted_time;     /* Last time we voted for a slave of this master */
    mstime_t repl_offset_time;  /* Unix time we received offset for this node */
    mstime_t orphaned_time;     /* Starting time of orphaned master condition */
    long long repl_offset;      /* 當前節點的repl便宜 */
    char ip[NET_IP_STR_LEN];  /* 節點的IP 地址 */
    int port;                   /* 埠 */
    int cport;                  /* 通訊埠，一般是埠+1000 */
    clusterLink *link;          /* 和該節點的 tcp 連線 */
    list *fail_reports;         /* 下線記錄列表 */
} clusterNode;

clusterNodeFailReport 是記錄節點下線報告的結構體， node 是報告節點的資訊，而 time 則代表著報告時間。

typedef struct clusterNodeFailReport {
    struct clusterNode *node;  /* 報告當前節點已經下線的節點 */
    mstime_t time;             /* 報告時間 */
} clusterNodeFailReport;

訊息結構體

瞭解了 Reids 節點維護的資料結構體後，我們再來看節點進行通訊的訊息結構體。 通訊訊息最外側的結構體為 clusterMsg，它包括了很多訊息記錄資訊，包括 RCmb 標誌位，訊息總長度，訊息協議版本，訊息型別；它還包括了傳送該訊息節點的記錄資訊，比如節點名稱，節點負責的slot資訊，節點ip和埠等；最後它包含了一個 clusterMsgData 來攜帶具體型別的訊息。

typedef struct {
    char sig[4];        /* 標誌位，"RCmb" (Redis Cluster message bus). */
    uint32_t totlen;    /* 訊息總長度 */
    uint16_t ver;       /* 訊息協議版本 */
    uint16_t port;      /* 埠 */
    uint16_t type;      /* 訊息型別 */
    uint16_t count;     /*  */
    uint64_t currentEpoch;  /* 表示本節點當前記錄的整個叢集的統一的epoch，用來決策選舉投票等，與configEpoch不同的是：configEpoch表示的是master節點的唯一標誌，currentEpoch是叢集的唯一標誌。 */
    uint64_t configEpoch;   /* 每個master節點都有一個唯一的configEpoch做標誌，如果和其他master節點衝突，會強制自增使本節點在叢集中唯一 */
    uint64_t offset;    /* 主從複製偏移相關資訊，主節點和從節點含義不同 */
    char sender[CLUSTER_NAMELEN]; /* 傳送節點的名稱 */
    unsigned char myslots[CLUSTER_SLOTS/8]; /* 本節點負責的slots資訊,16384/8個char陣列，一共為16384bit */
    char slaveof[CLUSTER_NAMELEN]; /* master資訊，假如本節點是slave節點的話，協議帶有master資訊 */
    char myip[NET_IP_STR_LEN];    /* IP */
    char notused1[34];  /* 保留欄位 */
    uint16_t cport;      /* 叢集的通訊埠 */
    uint16_t flags;      /* 本節點當前的狀態，比如 CLUSTER_NODE_HANDSHAKE、CLUSTER_NODE_MEET */
    unsigned char state; /* Cluster state from the POV of the sender */
    unsigned char mflags[3]; /* 本條訊息的型別，目前只有兩類：CLUSTERMSG_FLAG0_PAUSED、CLUSTERMSG_FLAG0_FORCEACK */
    union clusterMsgData data;
} clusterMsg;

clusterMsgData 是一個 union 結構體，它可以為 PING，MEET，PONG 或者 FAIL 等訊息體。其中當訊息為 PING、MEET 和 PONG 型別時，ping 欄位是被賦值的，而是 FAIL 型別時，fail 欄位是被賦值的。

// 注意這是 union 關鍵字
union clusterMsgData {
    /* PING, MEET 或者 PONG 訊息時，ping 欄位被賦值 */
    struct {
        /* Array of N clusterMsgDataGossip structures */
        clusterMsgDataGossip gossip[1];
    } ping;
    /*  FAIL 訊息時，fail 被賦值 */
    struct {
        clusterMsgDataFail about;
    } fail;
    // .... 省略 publish 和 update 訊息的欄位
};

clusterMsgDataGossip 是 PING、PONG 和 MEET 訊息的結構體，它會包括髮送訊息節點維護的其他節點資訊，也就是上文中 clusterState 中 nodes 欄位包含的資訊，具體程式碼如下所示，你也會發現二者的欄位是類似的。

typedef struct {
	/* 節點的名字，預設是隨機的，MEET訊息傳送並得到回覆後，叢集會為該節點設定正式的名稱*/
    char nodename[CLUSTER_NAMELEN]; 
    uint32_t ping_sent; /* 傳送節點最後一次給接收節點傳送 PING 訊息的時間戳，收到對應 PONG 回覆後會被賦值為0 */
    uint32_t pong_received; /* 傳送節點最後一次收到接收節點傳送 PONG 訊息的時間戳 */
    char ip[NET_IP_STR_LEN];  /* IP address last time it was seen */
    uint16_t port;       /* IP*/       
    uint16_t cport;      /* 埠*/  
    uint16_t flags;      /* 標識*/ 
    uint32_t notused1;   /* 對齊字元*/
} clusterMsgDataGossip;

typedef struct {
    char nodename[CLUSTER_NAMELEN]; /* 下線節點的名字 */
} clusterMsgDataFail;

看完了節點維護的資料結構體和傳送的訊息結構體後，我們就來看看 Redis 的具體行為原始碼了。

隨機週期性傳送PING訊息

Redis 的 clusterCron 函式會被定時呼叫，每被執行10次，就會準備向隨機的一個節點傳送 PING 訊息。

它會先隨機的選出 5 個節點，然後從中選擇最久沒有與之通訊的節點，呼叫 clusterSendPing 函式傳送型別為 CLUSTERMSG_TYPE_PING 的訊息

// cluster.c 檔案 
// clusterCron() 每執行 10 次（至少間隔一秒鐘），就向一個隨機節點傳送 gossip 資訊
if (!(iteration % 10)) {
    int j;

    /* 隨機 5 個節點，選出其中一個 */
    for (j = 0; j < 5; j++) {
        de = dictGetRandomKey(server.cluster->nodes);
        clusterNode *this = dictGetVal(de);

        /* 不要 PING 連線斷開的節點，也不要 PING 最近已經 PING 過的節點 */
        if (this->link == NULL || this->ping_sent != 0) continue;
        if (this->flags & (CLUSTER_NODE_MYSELF|CLUSTER_NODE_HANDSHAKE))
            continue;
        /* 對比 pong_received 欄位，選出更長時間未收到其 PONG 訊息的節點(表示好久沒有接受到該節點的PONG訊息了) */
        if (min_pong_node == NULL || min_pong > this->pong_received) {
            min_pong_node = this;
            min_pong = this->pong_received;
        }
    }
    /* 向最久沒有收到 PONG 回覆的節點傳送 PING 命令 */
    if (min_pong_node) {
        serverLog(LL_DEBUG,"Pinging node %.40s", min_pong_node->name);
        clusterSendPing(min_pong_node->link, CLUSTERMSG_TYPE_PING);
    }
}

clusterSendPing 函式的具體行為我們後續再瞭解，因為該函式在其他環節也會經常用到

節點加入叢集

當節點執行 CLUSTER MEET 命令後，會在自身給新節點維護一個 clusterNode 結構體，該結構體的 link 也就是TCP連線欄位是 null，表示是新節點尚未建立連線。

clusterCron 函式中也會處理這些未建立連線的新節點，呼叫 createClusterLink 創立連線，然後呼叫 clusterSendPing 函式來傳送 MEET 訊息

/* cluster.c clusterCron 函式部分,為未建立連線的節點建立連線 */
if (node->link == NULL) {
    int fd;
    mstime_t old_ping_sent;
    clusterLink *link;
    /* 和該節點建立連線 */
    fd = anetTcpNonBlockBindConnect(server.neterr, node->ip,
        node->cport, NET_FIRST_BIND_ADDR);
    /* .... fd 為-1時的異常處理 */
    /* 建立 link */
    link = createClusterLink(node);
    link->fd = fd;
    node->link = link;
    aeCreateFileEvent(server.el,link->fd,AE_READABLE,
            clusterReadHandler,link);
    /* 向新連線的節點傳送 PING 命令，防止節點被識進入下線 */
    /* 如果節點被標記為 MEET ，那麼傳送 MEET 命令，否則傳送 PING 命令 */
    old_ping_sent = node->ping_sent;
    clusterSendPing(link, node->flags & CLUSTER_NODE_MEET ?
            CLUSTERMSG_TYPE_MEET : CLUSTERMSG_TYPE_PING);
    /* .... */
    /* 如果當前節點（傳送者）沒能收到 MEET 資訊的回覆，那麼它將不再向目標節點傳送命令。*/
    /* 如果接收到回覆的話，那麼節點將不再處於 HANDSHAKE 狀態，並繼續向目標節點傳送普通 PING 命令*/
    node->flags &= ~CLUSTER_NODE_MEET;
}

防止節點假超時及狀態過期

防止節點假超時和標記疑似下線標記也是在 clusterCron 函式中，具體如下所示。它會檢查當前所有的 nodes 節點列表，如果發現某個節點與自己的最後一個 PONG 通訊時間超過了預定的閾值的一半時，為了防止節點是假超時，會主動釋放掉與之的 link 連線，然後會主動向它傳送一個 PING 訊息。

/* cluster.c clusterCron 函式部分，遍歷節點來檢查 fail 的節點*/
while((de = dictNext(di)) != NULL) {
    clusterNode *node = dictGetVal(de);
    now = mstime(); /* Use an updated time at every iteration. */
    mstime_t delay;

    /* 如果等到 PONG 到達的時間超過了 node timeout 一半的連線 */
    /* 因為儘管節點依然正常，但連線可能已經出問題了 */
    if (node->link && /* is connected */
        now - node->link->ctime >
        server.cluster_node_timeout && /* 還未重連 */
        node->ping_sent && /* 已經發過ping訊息 */
        node->pong_received < node->ping_sent && /* 還在等待pong訊息 */
        /* 等待pong訊息超過了 timeout/2 */
        now - node->ping_sent > server.cluster_node_timeout/2)
    {
        /* 釋放連線，下次 clusterCron() 會自動重連 */
        freeClusterLink(node->link);
    }

    /* 如果目前沒有在 PING 節點*/
    /* 並且已經有 node timeout 一半的時間沒有從節點那裡收到 PONG 回覆 */
    /* 那麼向節點傳送一個 PING ，確保節點的資訊不會太舊，有可能一直沒有隨機中 */
    if (node->link &&
        node->ping_sent == 0 &&
        (now - node->pong_received) > server.cluster_node_timeout/2)
    {
        clusterSendPing(node->link, CLUSTERMSG_TYPE_PING);
        continue;
    }
    /* .... 處理failover和標記遺失下線 */
}

處理failover和標記疑似下線

如果防止節點假超時處理後，節點依舊未收到目標節點的 PONG 訊息，並且時間已經超過了 cluster_node_timeout，那麼就將該節點標記為疑似下線狀態。

/* 如果這是一個主節點，並且有一個從伺服器請求進行手動故障轉移,那麼向從伺服器傳送 PING*/
if (server.cluster->mf_end &&
    nodeIsMaster(myself) &&
    server.cluster->mf_slave == node &&
    node->link)
{
    clusterSendPing(node->link, CLUSTERMSG_TYPE_PING);
    continue;
}

/* 後續程式碼只在節點傳送了 PING 命令的情況下執行*/
if (node->ping_sent == 0) continue;

/* 計算等待 PONG 回覆的時長 */ 
delay = now - node->ping_sent;
/* 等待 PONG 回覆的時長超過了限制值，將目標節點標記為 PFAIL （疑似下線)*/
if (delay > server.cluster_node_timeout) {
    /* 超時了，標記為疑似下線 */
    if (!(node->flags & (REDIS_NODE_PFAIL|REDIS_NODE_FAIL))) {
        redisLog(REDIS_DEBUG,"*** NODE %.40s possibly failing",
            node->name);
        // 開啟疑似下線標記
        node->flags |= REDIS_NODE_PFAIL;
        update_state = 1;
    }
}

實際傳送Gossip訊息

以下是前方多次呼叫過的clusterSendPing()方法的原始碼，程式碼中有詳細的註釋，大家可以自行閱讀。主要的操作就是將節點自身維護的 clusterState 轉換為對應的訊息結構體，。

/* 向指定節點傳送一條 MEET 、 PING 或者 PONG 訊息 */
void clusterSendPing(clusterLink *link, int type) {
    unsigned char *buf;
    clusterMsg *hdr;
    int gossipcount = 0; /* Number of gossip sections added so far. */
    int wanted; /* Number of gossip sections we want to append if possible. */
    int totlen; /* Total packet length. */
    // freshnodes 是用於傳送 gossip 資訊的計數器
    // 每次傳送一條資訊時，程式將 freshnodes 的值減一
    // 當 freshnodes 的數值小於等於 0 時，程式停止傳送 gossip 資訊
    // freshnodes 的數量是節點目前的 nodes 表中的節點數量減去 2 
    // 這裡的 2 指兩個節點，一個是 myself 節點（也即是傳送資訊的這個節點）
    // 另一個是接受 gossip 資訊的節點
    int freshnodes = dictSize(server.cluster->nodes)-2;

    
    /* 計算要攜帶多少節點的資訊，最少3個，最多 1/10 叢集總節點數量*/
    wanted = floor(dictSize(server.cluster->nodes)/10);
    if (wanted < 3) wanted = 3;
    if (wanted > freshnodes) wanted = freshnodes;

    /* .... 省略 totlen 的計算等*/

    /* 如果傳送的資訊是 PING ，那麼更新最後一次傳送 PING 命令的時間戳 */
    if (link->node && type == CLUSTERMSG_TYPE_PING)
        link->node->ping_sent = mstime();
    /* 將當前節點的資訊（比如名字、地址、埠號、負責處理的槽）記錄到訊息裡面 */
    clusterBuildMessageHdr(hdr,type);

    /* Populate the gossip fields */
    int maxiterations = wanted*3;
    /* 每個節點有 freshnodes 次傳送 gossip 資訊的機會
       每次向目標節點傳送 2 個被選中節點的 gossip 資訊（gossipcount 計數） */
    while(freshnodes > 0 && gossipcount < wanted && maxiterations--) {
        /* 從 nodes 字典中隨機選出一個節點（被選中節點） */
        dictEntry *de = dictGetRandomKey(server.cluster->nodes);
        clusterNode *this = dictGetVal(de);

        /* 以下節點不能作為被選中節點：
         * Myself:節點本身。
         * PFAIL狀態的節點
         * 處於 HANDSHAKE 狀態的節點。
         * 帶有 NOADDR 標識的節點
         * 因為不處理任何 Slot 而被斷開連線的節點 
         */
        if (this == myself) continue;
        if (this->flags & CLUSTER_NODE_PFAIL) continue;
        if (this->flags & (CLUSTER_NODE_HANDSHAKE|CLUSTER_NODE_NOADDR) ||
            (this->link == NULL && this->numslots == 0))
        {
            freshnodes--; /* Tecnically not correct, but saves CPU. */
            continue;
        }

        // 檢查被選中節點是否已經在 hdr->data.ping.gossip 陣列裡面
        // 如果是的話說明這個節點之前已經被選中了
        // 不要再選中它（否則就會出現重複）
        if (clusterNodeIsInGossipSection(hdr,gossipcount,this)) continue;

        /* 這個被選中節點有效，計數器減一 */
        clusterSetGossipEntry(hdr,gossipcount,this);
        freshnodes--;
        gossipcount++;
    }

    /* .... 如果有 PFAIL 節點，最後新增 */


    /* 計算資訊長度 */
    totlen = sizeof(clusterMsg)-sizeof(union clusterMsgData);
    totlen += (sizeof(clusterMsgDataGossip)*gossipcount);
    /* 將被選中節點的數量（gossip 資訊中包含了多少個節點的資訊）記錄在 count 屬性裡面*/
    hdr->count = htons(gossipcount);
    /* 將資訊的長度記錄到資訊裡面 */
    hdr->totlen = htonl(totlen);
    /* 傳送網路請求 */
    clusterSendMessage(link,buf,totlen);
    zfree(buf);
}


void clusterSetGossipEntry(clusterMsg *hdr, int i, clusterNode *n) {
    clusterMsgDataGossip *gossip;
    /* 指向 gossip 資訊結構 */
    gossip = &(hdr->data.ping.gossip[i]);
    /* 將被選中節點的名字記錄到 gossip 資訊 */   
    memcpy(gossip->nodename,n->name,CLUSTER_NAMELEN);
    /* 將被選中節點的 PING 命令傳送時間戳記錄到 gossip 資訊 */
    gossip->ping_sent = htonl(n->ping_sent/1000);
    /* 將被選中節點的 PONG 命令回覆的時間戳記錄到 gossip 資訊 */
    gossip->pong_received = htonl(n->pong_received/1000);
    /* 將被選中節點的 IP 記錄到 gossip 資訊 */
    memcpy(gossip->ip,n->ip,sizeof(n->ip));
    /* 將被選中節點的埠號記錄到 gossip 資訊 */
    gossip->port = htons(n->port);
    gossip->cport = htons(n->cport);
    /* 將被選中節點的標識值記錄到 gossip 資訊 */
    gossip->flags = htons(n->flags);
    gossip->notused1 = 0;
}

下面是 clusterBuildMessageHdr 函式，它主要負責填充訊息結構體中的基礎資訊和當前節點的狀態資訊。

/* 構建訊息的 header */
void clusterBuildMessageHdr(clusterMsg *hdr, int type) {
    int totlen = 0;
    uint64_t offset;
    clusterNode *master;

    /* 如果當前節點是salve，則master為其主節點，如果當前節點是master節點，則master就是當前節點 */
    master = (nodeIsSlave(myself) && myself->slaveof) ?
              myself->slaveof : myself;

    memset(hdr,0,sizeof(*hdr));
    /* 初始化協議版本、標識、及型別， */
    hdr->ver = htons(CLUSTER_PROTO_VER);
    hdr->sig[0] = 'R';
    hdr->sig[1] = 'C';
    hdr->sig[2] = 'm';
    hdr->sig[3] = 'b';
    hdr->type = htons(type);
    /* 訊息頭設定當前節點id */
    memcpy(hdr->sender,myself->name,CLUSTER_NAMELEN);

    /* 訊息頭設定當前節點ip */
    memset(hdr->myip,0,NET_IP_STR_LEN);
    if (server.cluster_announce_ip) {
        strncpy(hdr->myip,server.cluster_announce_ip,NET_IP_STR_LEN);
        hdr->myip[NET_IP_STR_LEN-1] = '\0';
    }

    /* 基礎埠及叢集內節點通訊埠 */
    int announced_port = server.cluster_announce_port ?
                         server.cluster_announce_port : server.port;
    int announced_cport = server.cluster_announce_bus_port ?
                          server.cluster_announce_bus_port :
                          (server.port + CLUSTER_PORT_INCR);
    /* 設定當前節點的槽資訊 */
    memcpy(hdr->myslots,master->slots,sizeof(hdr->myslots));
    memset(hdr->slaveof,0,CLUSTER_NAMELEN);
    if (myself->slaveof != NULL)
        memcpy(hdr->slaveof,myself->slaveof->name, CLUSTER_NAMELEN);
    hdr->port = htons(announced_port);
    hdr->cport = htons(announced_cport);
    hdr->flags = htons(myself->flags);
    hdr->state = server.cluster->state;

    /* 設定 currentEpoch and configEpochs. */
    hdr->currentEpoch = htonu64(server.cluster->currentEpoch);
    hdr->configEpoch = htonu64(master->configEpoch);

    /* 設定複製偏移量 */
    if (nodeIsSlave(myself))
        offset = replicationGetSlaveOffset();
    else
        offset = server.master_repl_offset;
    hdr->offset = htonu64(offset);

    /* Set the message flags. */
    if (nodeIsMaster(myself) && server.cluster->mf_end)
        hdr->mflags[0] |= CLUSTERMSG_FLAG0_PAUSED;

    /* 計算並設定訊息的總長度 */
    if (type == CLUSTERMSG_TYPE_FAIL) {
        totlen = sizeof(clusterMsg)-sizeof(union clusterMsgData);
        totlen += sizeof(clusterMsgDataFail);
    } else if (type == CLUSTERMSG_TYPE_UPDATE) {
        totlen = sizeof(clusterMsg)-sizeof(union clusterMsgData);
        totlen += sizeof(clusterMsgDataUpdate);
    }
    hdr->totlen = htonl(totlen);
}

後記

本來只想寫一下 Redis Cluster 的 Gossip 協議，沒想到文章越寫，內容越多，最後原始碼分析也是有點虎頭蛇尾，大家就湊合看一下，也希望大家繼續關注我後續的問題。

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