面试题：ElasticSearch allocation模块如何处理节点故障后的重新分配

Question

假设ElasticSearch集群中有一个节点突然故障，allocation模块会采取哪些步骤来重新分配该节点上的分片？请详细说明这个过程中涉及到的决策机制和数据迁移方式。

Answer 1

1. 检测故障节点：
   • Elasticsearch通过内部的节点发现机制（如Zen Discovery或基于云的发现）来检测节点故障。节点定期向集群中的其他节点发送心跳包，如果一段时间内没有收到某个节点的心跳，就会判定该节点故障。
2. 决策机制：
   • 重新分配决策：
     • 分片副本可用性：Elasticsearch首先会查看故障节点上主分片的副本分片所在位置。如果有足够的副本分片（副本数量满足replicas设置且副本健康），则可以将其中一个副本提升为主分片。例如，若一个索引有1个主分片和1个副本分片，主分片在故障节点上，另一个副本分片在其他健康节点上，那么这个副本分片可提升为主分片。
     • 分配过滤：集群会考虑cluster.routing.allocation相关设置，如cluster.routing.allocation.awareness.attributes，它用于定义某些属性（如机架、数据中心等），确保分片均匀分配在不同属性的节点上，避免新的主分片和副本分片都分配到同一类型节点，以防止出现单点故障。例如，如果设置了机架感知，不会将新的主分片和副本分片都分配到同一机架的节点上。
   • 平衡决策：
     • 集群负载均衡：在重新分配分片时，Elasticsearch会考虑整个集群的负载情况。它会尽量将分片分配到负载较低的节点上，以保证集群整体性能。负载指标包括CPU使用率、内存使用率、磁盘I/O等。例如，如果节点A的CPU使用率长期在80%以上，而节点B的CPU使用率在30%，则更倾向于将分片分配到节点B。
     • 分片数量均衡：还会考虑每个节点上的分片数量。目标是使各个节点上的分片数量相对均衡，避免某个节点承载过多分片。例如，若节点C有100个分片，节点D只有20个分片，在重新分配时会优先考虑将分片分配到节点D。
3. 数据迁移方式：
   • 提升副本为主分片：如果有可用的副本分片，会将其提升为主分片。这个过程相对快速，因为副本分片的数据与主分片基本一致（在故障前）。例如，当副本分片被提升为主分片后，它开始接收新的写入请求，并维护索引的一致性。
   • 重新复制：对于没有副本的主分片或者需要补充副本数量的情况，Elasticsearch会从现有的主分片（如果有）或其他副本分片复制数据到新分配的节点上。数据复制是通过内部的传输机制进行的，它会逐段复制数据，同时保证数据的一致性。例如，在复制过程中会使用版本号等机制来确保复制的数据与源数据一致，避免数据丢失或损坏。新的副本分片在完成复制后，会与主分片保持同步，接收主分片的更新请求以维持数据一致性。