面试题：在ElasticSearch的allocation到recovery流程衔接中遇到节点故障如何处理

Question

假设在ElasticSearch的allocation到recovery流程衔接过程中，某个涉及的节点突然发生故障，系统会采取哪些机制来保障数据的完整性和流程的继续推进？请结合底层原理进行分析。

Answer 1

1. 数据完整性保障机制

• 副本机制：
  • ElasticSearch 采用多副本策略，每个主分片有多个副本分片。当某个节点发生故障时，副本分片会被提升为新的主分片。例如，假设有一个索引有 1 个主分片和 2 个副本分片，存储在节点 A、B、C 上，若节点 A 故障，其主分片对应的副本分片（如在节点 B 或 C 上）会被选举为新的主分片，从而保证数据不丢失。
  • 底层原理是 ElasticSearch 通过分布式一致性协议（如 Raft 变种）来保证副本之间的数据一致性。在正常情况下，主分片接收写请求，然后将数据同步到副本分片，确保所有副本都拥有相同的数据。
• 故障检测与数据修复：
  • ElasticSearch 集群中的节点会定期通过心跳机制检测其他节点的状态。当检测到某个节点故障后，集群会标记该节点上的分片为未分配状态。
  • 随后，集群会根据副本分布情况，选择合适的节点重新分配这些未分配的分片。这个过程中，会从其他副本中复制数据来重建故障节点上丢失的分片数据，以保证数据完整性。例如，通过 _recovery API 可以查看数据恢复的进度。
  • 底层原理是基于集群状态的管理，集群状态存储了所有节点、索引、分片等信息。当节点故障时，集群状态更新，触发分片重新分配和数据恢复流程。

2. 流程继续推进机制

• 重新分配与恢复：
  • 当节点故障导致分片未分配时，ElasticSearch 会重新计算分配策略，将未分配的分片分配到其他健康的节点上。例如，原本分配在故障节点上的主分片副本，会被分配到其他有足够资源的节点上，并开始数据恢复过程。
  • 恢复过程分为两种：本地恢复和远程恢复。如果副本分片所在节点有足够的信息可以重建主分片（如最近的事务日志等），则进行本地恢复，速度较快；否则进行远程恢复，从其他副本分片复制数据。
  • 底层通过分片状态机来管理这个过程，分片状态机定义了分片在不同阶段（如初始化、分配、恢复等）的状态转换和操作。
• 集群协调与元数据更新：
  • 集群中的主节点负责协调整个重新分配和恢复过程。主节点会更新集群元数据，记录新的分片分配信息，并通知其他节点。
  • 例如，主节点会向其他节点发送指令，告知它们哪些分片需要接收新的副本数据。其他节点根据这些指令，调整自身的状态和操作，确保流程顺利进行。
  • 底层原理是主节点通过发布 - 订阅模式与其他节点进行通信，更新集群元数据并同步状态，以保障整个集群在节点故障后能继续正常工作。