面试题：ElasticSearch allocation模块在集群节点动态变化时，如何重新平衡分片分配？

Question

假设集群中突然有新节点加入或者现有节点故障下线，allocation模块会采取怎样的机制重新平衡分片，以确保数据的高可用性和集群性能，说明具体涉及的算法和策略。

Answer 1

1. 重新平衡机制概述

当新节点加入或现有节点故障下线时，Elasticsearch 的 allocation 模块会自动触发重新平衡分片的过程，以确保数据的高可用性和集群性能。这个过程涉及多个算法和策略。

2. 涉及的算法和策略

• 分片分配算法
  • 基于集群状态的分配：Elasticsearch 维护一个集群状态，包含了所有节点、索引和分片的信息。当发生节点变化时，会根据集群状态来决定如何分配分片。例如，如果一个节点故障下线，系统会查找该节点上的主分片和副本分片，并尝试在其他健康节点上重新分配这些分片。
  • 过滤策略：通过配置过滤器来决定哪些节点可以接收特定的分片。比如，可以根据节点的属性（如磁盘空间、节点角色等）设置过滤器，避免将分片分配到不合适的节点上。例如，将大容量数据的分片分配到磁盘空间较大的节点。
• 副本分配策略
  • 分散副本策略：为了保证高可用性，副本分片会尽量分散在不同的节点上。这样即使某个节点故障，副本分片依然可以在其他节点上提供服务。例如，对于一个有三个节点的集群，如果主分片在节点 A，那么副本分片会优先分配到节点 B 和节点 C 上。
  • 优先级策略：可以为不同的索引或分片设置分配优先级。高优先级的分片会优先被分配，以保障关键数据的可用性。比如，业务核心数据的索引分片可以设置较高优先级，确保在重新平衡时优先恢复。
• 感知集群负载策略
  • 磁盘空间感知：在分配分片时，会考虑节点的磁盘使用情况。避免将过多分片分配到磁盘空间不足的节点，防止因磁盘满导致节点故障。例如，如果节点 D 的磁盘使用率达到 90%，系统会尽量将新的分片分配到磁盘使用率较低的其他节点。
  • CPU 和内存感知：同样会考虑节点的 CPU 和内存负载。如果某个节点的 CPU 或内存使用率过高，会减少向该节点分配分片，以保证集群整体性能。例如，当节点 E 的 CPU 使用率持续超过 80%，新分片分配到该节点的概率会降低。

3. 具体流程

1. 检测节点变化：Elasticsearch 的 master 节点会检测到新节点加入或现有节点故障下线，并更新集群状态。
2. 分析需要重新分配的分片：根据集群状态，确定哪些分片需要重新分配，包括因节点故障丢失的主分片和副本分片，以及为了平衡负载需要移动的分片。
3. 选择目标节点：运用上述的算法和策略，为每个需要重新分配的分片选择合适的目标节点。
4. 执行分片迁移：将分片从原节点迁移到目标节点，在迁移过程中会进行数据同步等操作，确保数据的一致性。完成迁移后，再次更新集群状态，标志着重新平衡过程结束。