面试题：ElasticSearch集群扩容中对节点角色规划的深度理解

Question

详细说明在ElasticSearch集群扩容过程中，不同节点角色（如主节点、数据节点、协调节点等）的作用是什么？如何根据扩容需求合理规划节点角色，以确保集群性能和稳定性？

Answer 1

不同节点角色在 ElasticSearch 集群扩容中的作用

1. 主节点
   • 集群状态管理：负责创建、删除索引，跟踪哪些节点是集群的一部分，并决定哪些分片分配到哪些节点。在扩容时，主节点会根据新加入节点的情况，重新规划分片的分布。例如，当新增数据节点后，主节点会评估集群资源，将部分分片迁移到新节点，以平衡数据负载。
   • 元数据管理：维护集群的元数据信息，包括索引的设置、映射等。扩容过程中，若有新的索引相关操作（如创建新索引用于存储新增数据），主节点会更新并持久化这些元数据。
2. 数据节点
   • 数据存储：承担实际的数据存储任务，保存索引的分片数据。在扩容时，新加入的数据节点会接收主节点分配过来的分片，从而增加集群整体的数据存储容量。比如，随着业务数据量增长，原集群存储空间不足，新增数据节点后，数据可以分布到新节点上。
   • 数据处理：执行数据的增删改查等操作。扩容后，由于数据节点增多，在处理查询请求时，可以并行处理更多的分片数据，提高查询性能。例如，在多数据节点的集群中，一个查询请求可以同时在多个节点上对不同分片的数据进行检索，然后汇总结果。
3. 协调节点
   • 请求分发：接收客户端的请求，然后将请求分发给相关的数据节点进行处理。在扩容后，协调节点能够根据集群新的节点布局，更合理地将请求分发到各个数据节点。比如，当新增数据节点后，协调节点会将写请求均衡地分配到不同的数据节点，避免部分节点负载过高。
   • 结果汇总：收集各个数据节点返回的查询结果，并进行合并和排序等操作，最后将最终结果返回给客户端。扩容时，随着数据节点处理能力增强，协调节点能更快地收集和整理大量结果，提升响应速度。例如，在处理大规模搜索请求时，多个数据节点返回的大量结果由协调节点高效汇总。

根据扩容需求合理规划节点角色以确保集群性能和稳定性

1. 基于存储需求
   • 如果扩容主要是为了增加存储容量，应重点增加数据节点。根据预估的新增数据量，合理计算需要添加的数据节点数量。例如，已知未来一段时间内数据量将增长50%，根据每个数据节点的存储能力，确定添加相应数量的数据节点。同时，适当增加主节点的冗余（若当前主节点为单节点，可考虑增加到3个主节点），以保障在数据节点增多、集群状态管理复杂度增加的情况下，主节点的高可用性。
   • 为了防止数据节点负载过高影响性能，可根据数据节点的性能指标（如磁盘I/O、CPU利用率等）设置阈值。当接近阈值时，及时添加新的数据节点，避免单个数据节点因存储和处理过多数据而性能下降。
2. 基于查询性能需求
   • 若扩容旨在提升查询性能，除了适当增加数据节点以并行处理查询外，可增加协调节点。协调节点能够更有效地分发查询请求和汇总结果。比如，在高并发查询场景下，增加协调节点可以缓解单个协调节点的压力，提高查询的响应速度。
   • 根据查询类型进行规划。对于复杂聚合查询，数据节点需要更多的计算资源，可适当增加具有较高配置（如多核CPU、大内存）的数据节点；对于简单的关键词查询，可更侧重于增加协调节点以优化请求分发和结果汇总流程。
3. 高可用性需求
   • 确保主节点有足够的冗余，一般建议主节点数量为奇数个（如3个或5个），以防止脑裂问题。在扩容过程中，若要增加主节点，需谨慎操作，按照官方文档步骤逐步添加，避免集群状态混乱。
   • 对于数据节点，可采用跨机架部署的方式（如果有多机架环境）。这样即使某个机架出现故障，其他机架上的数据节点仍能保证集群的数据可用性和部分功能正常运行。同时，为数据节点设置合适的副本数，根据业务对数据可靠性的要求，一般副本数设置为1 - 2个，在增加数据节点时，相应调整副本的分布。
   • 协调节点也可适当增加冗余，防止单个协调节点故障导致客户端请求无法处理。通过负载均衡器（如HAProxy）将客户端请求均匀分配到多个协调节点上，提高协调节点的可用性。