面试题：在复杂集群环境下，ElasticSearch gatewayAllocator如何处理节点故障对分配策略的影响

Question

假设在一个拥有大量节点且数据量较大的ElasticSearch集群中，某个节点突然发生故障，gatewayAllocator是如何检测到该故障，并对原本的分配策略进行调整以保证数据可用性和集群正常运行的，请详细说明。

Answer 1

1. 故障检测
   • 节点心跳机制：Elasticsearch集群中的节点通过定期发送心跳信息来保持彼此之间的联系。每个节点会在一定时间间隔（例如默认的1秒）内向集群中的其他节点发送心跳包。当某个节点发生故障时，它将停止发送心跳。其他节点在连续多个心跳周期（通常为3个心跳周期，即3秒）内未收到该故障节点的心跳，就会将其标记为疑似故障节点。
   • Master节点确认：疑似故障节点的信息会被报告给Master节点。Master节点负责管理整个集群的状态，它会进一步确认该节点是否真的故障。Master节点通过自己与故障节点的直接连接尝试通信，如果多次尝试失败，就会正式将该节点从集群中移除，标记为故障节点。
2. GatewayAllocator调整分配策略
   • 数据副本重新分配：
     • 确定需要重新分配的数据：当确认某个节点故障后，GatewayAllocator首先会检查该故障节点上存储的主分片和副本分片。对于每个存储在故障节点上的主分片，集群需要确保有足够的副本分片可以提升为主分片，以保证数据的可用性。对于存储在故障节点上的副本分片，需要在其他健康节点上重新创建副本。
     • 选择目标节点：GatewayAllocator会根据多种因素选择重新分配副本的目标节点。例如，它会考虑节点的负载情况（CPU、内存、磁盘使用率等），尽量选择负载较低的节点，以避免新分配的副本对现有节点造成过大压力。同时，也会考虑节点的地理位置（如果配置了地理感知），尽量将副本分配到不同地理位置的节点上，以提高数据的容灾能力。还会考虑节点与其他节点的网络连接状况，优先选择网络连接稳定且带宽充足的节点。
     • 执行重新分配：确定目标节点后，GatewayAllocator会向目标节点发送指令，开始将副本数据从其他拥有该副本的节点传输到目标节点。传输过程中，Elasticsearch使用一种称为“replication”的机制，它会确保数据传输的完整性和一致性。在传输完成后，新的副本分片会在目标节点上激活，成为集群数据的一部分。
   • 主分片重新选举：
     • 候选主分片确定：对于故障节点上的主分片，GatewayAllocator会从该主分片的副本分片中选择一个来提升为主分片。选择的依据通常是副本分片的版本号，版本号最新的副本分片具有更高的优先级被提升为主分片，因为它包含了最新的数据。
     • 主分片提升：选定候选主分片后，GatewayAllocator会通过Master节点协调，将该副本分片提升为主分片。提升过程中，会更新集群状态信息，通知所有节点新的主分片位置，以便后续的读写操作能够正确路由到新的主分片。
   • 更新集群状态：
     • Master节点操作：Master节点在完成数据副本重新分配和主分片重新选举后，会更新集群状态信息。这个状态信息包含了集群中所有节点的状态、分片的分布情况等重要信息。
     • 广播更新：Master节点会将更新后的集群状态信息广播给集群中的所有节点。每个节点接收到新的集群状态后，会根据新的状态信息调整自己的内部数据结构，例如路由表等，以确保后续的读写请求能够正确地被路由到相应的节点和分片上，从而保证集群的正常运行。