Grupos de replicación y modo de clúster de ElastiCache Redis

Un grupo de replicación de ElastiCache es una agrupación lógica formada por un nodo principal de Redis y hasta 5 réplicas de lectura. El nodo principal gestiona todas las operaciones de escritura; las réplicas reciben replicación asíncrona del principal y atienden el tráfico de lectura. Los grupos de replicación permiten dos capacidades clave: escalado de lectura (distribuir las solicitudes de lectura entre varias réplicas) y alta disponibilidad con conmutación por error automática (promover una réplica a principal si el principal falla). Todos los nodos de un grupo de replicación comparten el mismo conjunto de datos.

ElastiCache proporciona dos endpoints DNS para un grupo de replicación: el endpoint principal siempre apunta al nodo principal actual (se actualiza automáticamente durante la conmutación por error); utilícelo para todas las operaciones de escritura. El endpoint de lectura distribuye las solicitudes de lectura mediante balanceo de carga entre todas las réplicas disponibles; utilícelo para las operaciones de lectura para distribuir la carga. Su aplicación debe mantener dos grupos de conexiones: uno para el endpoint principal destinado a las escrituras y otro para el endpoint de lectura destinado a las lecturas. Este es el patrón de conexión recomendado para los grupos de replicación de ElastiCache Redis.

Cuando el nodo principal falla (ElastiCache lo detecta en cuestión de segundos mediante comprobaciones de estado), la conmutación por error automática selecciona una de las réplicas de lectura para promoverla a principal. El proceso de promoción es el siguiente: (1) la réplica seleccionada se promueve a principal, (2) el registro DNS del endpoint principal se actualiza para apuntar al nuevo principal (TTL de aproximadamente 1 segundo) y (3) el antiguo principal se sustituye por una réplica nueva. El tiempo total de conmutación por error suele ser de 30 a 60 segundos. Las aplicaciones que utilizan el DNS del endpoint principal se vuelven a conectar automáticamente una vez que se propagan los cambios de DNS; no se necesitan direcciones IP codificadas.

Para obtener la máxima resiliencia, distribuya las réplicas entre varias zonas de disponibilidad. Al habilitar Multi-AZ en un grupo de replicación, ElastiCache coloca automáticamente el principal y las réplicas en distintas AZ. Si una AZ completa deja de estar disponible, la conmutación por error promueve una réplica de una AZ operativa. También puede especificar explícitamente las AZ preferidas para cada nodo al crear el grupo de replicación mediante la opción --preferred-cache-cluster-a-zs.

Redis Cluster Mode Enabled (CME) particiona el conjunto de datos entre varios grupos de nodos (shards), cada uno con un nodo principal y hasta 5 réplicas. Esta es la solución de sharding horizontal de Redis. Cluster Mode permite superar la memoria de un solo nodo: puede tener hasta 500 grupos de nodos de 500 GB cada uno, lo que permite que un único clúster de Redis almacene hasta 500 × 500 GB = 250 TB de datos. Cluster Mode también multiplica el rendimiento de escritura, ya que cada grupo de nodos procesa de forma independiente las escrituras correspondientes a su intervalo de claves.

Redis Cluster Mode divide el espacio de claves en 16,384 slots de hash. Cada grupo de nodos posee un intervalo contiguo de slots de hash. Cuando se escribe una clave, Redis calcula CRC16(key) % 16384 para determinar el slot de hash y, por tanto, el grupo de nodos responsable. Su aplicación debe utilizar un cliente de Redis compatible con clústeres (como redis-py-cluster o Jedis en modo de clúster) que conozca el mapa de slots y dirija cada comando al nodo correcto. Los clientes estándar devolverán errores de redirección MOVED si envían una clave al shard equivocado.

Para el examen SAA-C03, elija el modo sin clúster cuando: sus datos quepan en un solo nodo (< ~400 GB después de reservar margen), necesite una configuración sencilla de principal y réplicas, o su aplicación utilice operaciones complejas con varias claves (las transacciones que abarcan varias claves requieren que todas estén en el mismo slot). Elija el modo de clúster cuando: el conjunto de datos supere la memoria de un solo nodo, necesite escalar horizontalmente el rendimiento de escritura o prevea un crecimiento futuro que requiera volver a fragmentar en línea. El modo de clúster admite añadir shards sin tiempo de inactividad (resharding en línea).

ElastiCache Global Datastore amplía la replicación de Redis a varias regiones de AWS. Debe designar una región como clúster principal y añadir clústeres secundarios en otras regiones. Las escrituras se envían al principal; los secundarios reciben replicación asíncrona, cuyo retraso habitual es inferior a 1 segundo. Los clústeres secundarios pueden atender lecturas locales con una latencia muy baja. Global Datastore permite crear aplicaciones globales en las que los usuarios de distintos continentes leen desde la región más cercana, así como implementar DR entre regiones, ya que puede promover un clúster secundario a principal si la región principal falla.

En un grupo de replicación de Redis sin clúster, los mensajes de pub/sub se distribuyen a todas las réplicas: cualquier suscriptor de cualquier nodo recibe los mensajes publicados en un canal. Sin embargo, en Cluster Mode, pub/sub se limita a las notificaciones del espacio de claves, y pub/sub basado en canales solo funciona dentro de un único fragmento, a menos que utilice Redis 7+ con fragmentación de Pub/Sub (SSUBSCRIBE / SPUBLISH para pub/sub compatible con fragmentos). Esta es una limitación importante que debe tener en cuenta al diseñar pub/sub a gran escala con el modo de clúster.

Supervise la métrica de CloudWatch ReplicationLag en las réplicas de lectura para asegurarse de que mantienen el ritmo del nodo principal. Un retraso superior a unos segundos indica un cuello de botella en la réplica (un nodo sobrecargado, problemas de red o demasiadas escrituras para que la réplica pueda procesarlas). En escenarios de Global Datastore, supervise GlobalDatastoreReplicationLag. Un retraso de replicación elevado significa que las réplicas de lectura pueden devolver datos obsoletos, algo importante para las aplicaciones que esperan coherencia eventual dentro de límites estrictos.

Puede escalar verticalmente (cambiar el tipo de nodo) o escalar horizontalmente (añadir o quitar réplicas). Cambiar el tipo de nodo requiere una llamada a modify-replication-group y provoca una conmutación por error breve si se aplica inmediatamente: el nodo principal se sustituye por un nodo nuevo del tipo seleccionado. Añadir réplicas se realiza en línea y sin tiempo de inactividad. Al pasar del modo sin clúster al modo de clúster, debe crear un grupo nuevo en modo de clúster y migrar los datos; no existe conversión directa entre los modos de clúster y sin clúster.

Ponga a prueba su comprensión de los conceptos de AWS Solutions Architect (SAA-C03) de esta lección.

En esta lección ha aprendido que los grupos de replicación permiten escalar las lecturas mediante réplicas y ofrecen alta disponibilidad mediante la conmutación por error automática, con endpoints principal y de lectura; Cluster Mode distribuye los datos entre hasta 500 grupos de nodos mediante 16.384 ranuras hash para escalar horizontalmente más allá de la memoria de un solo nodo; y Global Datastore replica los datos entre regiones para ofrecer lecturas globales con baja latencia y DR entre regiones. A continuación, exploraremos estrategias de almacenamiento en caché: carga diferida y escritura simultánea.