面试题：ElasticSearch跨数据中心场景下副主分片一致性实时监控方案

Question

假设存在一个跨多个数据中心的ElasticSearch集群，由于网络延迟、数据中心故障等复杂因素，保证副分片和主分片一致性实时监控变得更加困难。请设计一套完整的监控方案，包括数据同步机制、故障恢复策略以及监控指标的选取和分析。

Answer 1

数据同步机制

1. 基于版本号：
   • ElasticSearch 文档本身有版本号机制。主分片在每次文档更新时，版本号递增。副分片在复制主分片数据时，也会获取到版本号。通过对比主副分片同一文档的版本号，可判断数据是否一致。
   • 例如，主分片上文档版本号为5，副分片上对应文档版本号也应为5，若不一致则说明存在数据同步问题。
2. 同步队列：
   • 主分片将数据变更操作（增、删、改）放入一个同步队列中，然后按顺序将这些操作发送给副分片。
   • 副分片按接收顺序执行这些操作，从而保证数据一致性。同时，副分片完成操作后返回确认信息给主分片。
3. 心跳检测与数据补发：
   • 主副分片之间定时发送心跳包。如果主分片一段时间内未收到某个副分片的心跳，就认为该副分片可能出现问题。
   • 主分片可补发未确认的操作给该副分片，以确保数据同步。

故障恢复策略

1. 数据中心故障：
   • 切换读写：若某个数据中心发生故障，立即将读请求切换到其他正常数据中心的副分片。对于写请求，先缓存起来，待故障数据中心恢复或数据重新分配后再执行。
   • 数据恢复：当故障数据中心恢复后，从其他数据中心的主分片或副分片复制缺失的数据。可以利用ElasticSearch的内置恢复机制，它会自动根据版本号和操作日志进行数据同步。
2. 节点故障：
   • 重新分配分片：ElasticSearch会自动检测到节点故障，并将该节点上的主分片和副分片重新分配到其他健康节点上。
   • 数据恢复：新分配到分片的节点会从其他拥有该分片副本的节点复制数据，以恢复到最新状态。

监控指标的选取和分析

1. 主副分片版本一致性指标：
   • 指标：统计主副分片版本号不一致的文档数量。
   • 分析：该指标直接反映了数据一致性问题。如果数量持续增加，说明数据同步机制可能出现故障，需要检查同步队列、网络连接等。
2. 同步延迟指标：
   • 指标：记录主分片操作时间与副分片完成相同操作时间的差值。
   • 分析：延迟过高可能是网络延迟、节点负载过高导致。若延迟突然增大，要排查网络故障或节点资源是否耗尽。
3. 心跳丢失率指标：
   • 指标：计算在一段时间内，主分片未收到副分片心跳的次数占总心跳次数的比例。
   • 分析：心跳丢失率高，表明主副分片之间的连接不稳定，可能是网络波动或节点故障的前期征兆，需及时处理。
4. 故障恢复时间指标：
   • 指标：记录从检测到故障到数据恢复到可用状态的时间。
   • 分析：该指标反映了系统的故障恢复能力。若恢复时间过长，影响业务正常运行，需要优化故障恢复策略。