面试题：ElasticSearch中MasterService选举机制及优化点

Question

请阐述ElasticSearch中MasterService选举的基本流程。在实际应用中，针对MasterService选举可能出现的脑裂问题，有哪些常见的优化手段？

Answer 1

ElasticSearch中MasterService选举的基本流程

1. 节点启动：Elasticsearch集群中的节点启动后，首先会尝试发现集群中的其他节点，并建立连接。每个节点都有成为Master节点的资格，节点在配置文件中通过node.master: true配置表明自己有成为主节点的意愿。
2. 发现阶段：节点通过UDP或单播的方式发现集群中的其他节点。在发现其他节点后，节点会交换彼此的状态信息，包括节点ID、版本、角色等。
3. 选举阶段：
   • 当一个节点认为集群中没有Master节点（可能是集群初始化，或者当前Master节点故障）时，会发起选举。每个具备主节点资格的节点会向其他具备主节点资格的节点发送投票请求。
   • 接收到投票请求的节点，会根据一定的规则决定是否投票。常见的规则包括：比较节点的ID（ID越小越优先），比较节点的版本号（版本号越高越优先）等。
   • 当一个节点获得超过半数（集群中具备主节点资格的节点数的一半以上）的投票时，它就会成为Master节点。然后该Master节点会向集群中的所有节点广播自己成为Master的信息，其他节点收到广播后，会更新自己的集群状态，选举过程结束。

针对MasterService选举可能出现的脑裂问题的常见优化手段

1. 减少网络延迟：
   • 优化网络拓扑：确保集群内节点之间的网络连接稳定且延迟低。例如，使用高速、低延迟的网络设备，避免网络瓶颈。
   • 控制网络分区：通过合理的网络配置，减少网络分区发生的可能性。例如，使用冗余网络链路，确保在某条链路出现故障时，仍能保持节点间的通信。
2. 增加法定节点数：
   • 调整集群规模：确保集群中具备主节点资格的节点数为奇数个，并且数量足够多。例如，对于一个3个具备主节点资格节点的集群，允许1个节点故障而不影响选举；对于5个具备主节点资格节点的集群，允许2个节点故障。这样可以在网络分区发生时，减少出现两个“小集群”且都认为自己是主集群的可能性。
   • 使用quorum机制：在配置文件中通过discovery.zen.minimum_master_nodes参数设置选举Master节点所需的最小投票数。这个值应该设置为(具备主节点资格的节点数 / 2) + 1，以确保只有超过半数的节点同意，才能选举出Master节点，从而避免脑裂。
3. 设置合适的选举超时时间：
   • 调整参数：通过discovery.zen.ping_timeout参数设置节点之间的ping超时时间，以及discovery.zen.fd.ping_timeout参数设置节点失败检测的超时时间。合适的超时时间设置可以在网络不稳定时，避免节点过早地认为Master节点故障而发起不必要的选举。如果超时时间设置过短，可能会在网络短暂波动时就触发选举；设置过长，则可能在Master节点真正故障时，集群不能及时进行新的选举。
4. 使用云托管服务或外部协调器：
   • 云托管服务：一些云平台提供的Elasticsearch托管服务，通常会有内置的机制来处理脑裂问题。例如，AWS的Elasticsearch Service通过其底层的网络和监控机制，能够更好地处理网络分区和脑裂情况。
   • 外部协调器：可以使用如Zookeeper等外部协调服务来协助选举过程。Elasticsearch节点通过与Zookeeper交互，由Zookeeper来协调和仲裁Master节点的选举，从而避免脑裂问题。