面试题：ElasticSearch选主相关配置的动态调整 - 深度原理与优化

Question

深入剖析ElasticSearch选主过程中，quorum配置在动态调整时对选举算法的影响机制。当集群面临网络分区等极端情况时，如何基于对选主算法的理解，通过动态调整选主相关配置，保障集群数据的一致性和可用性？请结合源码层面的知识进行详细阐述。

Answer 1

1. ElasticSearch选主过程中quorum配置对选举算法的影响机制

在ElasticSearch中，选主过程基于Zen Discovery机制，默认使用Bully算法变种。quorum配置决定了选举中有效投票数的下限。

• 正常情况下的影响：

  • quorum计算公式为 int((node数 / 2) + 1) 。例如，当集群有5个节点时，quorum为 int((5 / 2) + 1) = 3 。只有当一个候选主节点获得超过quorum数量的选票时，才能当选为主节点。这确保了主节点的选举具有一定的稳定性和权威性，避免单个节点因偶然因素当选主节点。
  • 在源码层面， org.elasticsearch.discovery.zen.ZenDiscovery 类中涉及到quorum相关逻辑。 quorumVerifier 用于验证选票是否达到quorum。在 canBeElectedMaster 方法中，会根据当前节点状态和集群状态判断节点是否可以成为主节点，其中就涉及到quorum的校验。

• 动态调整quorum的影响：

  • 当quorum动态调整时，选举算法的稳定性和选举结果可能会改变。如果quorum值增大，意味着候选主节点需要获得更多的选票才能当选，这在一定程度上提高了主节点选举的门槛，可能使选举过程更加严谨，但也可能导致选举过程变长，甚至在某些情况下因为难以达到quorum而无法选出主节点。
  • 相反，如果quorum值减小，候选主节点更容易获得足够的选票当选主节点，选举过程可能会加快，但也增加了选举结果不稳定的风险，可能出现因网络波动等原因导致不恰当的节点当选主节点的情况。

2. 面对网络分区等极端情况的应对策略

当集群面临网络分区等极端情况时，可能会出现多个子集群都试图选举主节点的情况，这可能导致数据不一致。

• 基于选主算法理解的配置调整：
  • 动态调整quorum：如果检测到网络分区，根据分区后各个子集群的节点数量动态调整quorum。例如，若一个子集群有3个节点，可将quorum调整为 int((3 / 2) + 1) = 2 ，确保在该子集群中能选出主节点。在源码中，可以通过修改 ZenDiscovery 类中与quorum计算相关的逻辑来实现动态调整。可以在检测到网络分区后，根据分区内节点数量重新计算quorum值，并更新 quorumVerifier 。
  • 设置 discovery.zen.minimum_master_nodes：这个配置项与quorum密切相关，它设置了形成一个可工作集群所需的最少主节点数。在网络分区情况下，合理设置该值可以避免脑裂问题。例如，对于5个节点的集群，将 discovery.zen.minimum_master_nodes 设置为3，意味着至少需要3个主节点才能形成一个可工作的集群。在源码中， ZenDiscovery 类的 doJoin 方法会根据 minimumMasterNodes 配置进行相关校验，确保集群的一致性和可用性。
  • 启用 discovery.zen.fd.ping_timeout 和 discovery.zen.fd.ping_retries： discovery.zen.fd.ping_timeout 定义了节点之间ping请求的超时时间， discovery.zen.fd.ping_retries 定义了ping失败后的重试次数。在网络分区情况下，适当增大这两个值可以减少因短暂网络波动导致的误判。在源码中， ZenDiscovery 类中的 ping 方法会使用到这些配置，通过调整这些值可以优化节点间的连接检测机制，保障集群的稳定性。

通过以上对quorum配置的动态调整以及相关选主配置的合理设置，并结合源码层面的理解和修改，可以在网络分区等极端情况下保障ElasticSearch集群数据的一致性和可用性。