更多集群架构
# ES集群
## 集群原理
>elasticsearch 是天生支持集群的，他不需要依赖其他的服务发现和注册的组件，如 zookeeper这些，因为他内置了一个名字叫 ZenDiscovery 的模块，是 elasticsearch 自己实现的一套用于节点发现和选主等功能的组件，所以 elasticsearch 做起集群来非常简单，不需要太多额外的配置和安装额外的第三方组件。
## 单节点
- 一个运行中的 Elasticsearch 实例称为一个节点，而集群是由一个或者多个拥有相同cluster.name 配置的节点组成， 它们共同承担数据和负载的压力。当有节点加入集群中或者从集群中移除节点时，集群将会重新平均分布所有的数据。
- 当一个节点被选举成为 主节点时， 它将负责管理集群范围内的所有变更，例如增加、删除索引，或者增加、删除节点等。 而主节点并不需要涉及到文档级别的变更和搜索等操作，所以当集群只拥有一个主节点的情况下，即使流量的增加它也不会成为瓶颈。任何节点都可以成为主节点。我们的示例集群就只有一个节点，所以它同时也成为了主节点。
- 作为用户，我们可以将请求发送到 集群中的任何节点 ，包括主节点。 每个节点都知道任意文档所处的位置，并且能够将我们的请求直接转发到存储我们所需文档的节点。无论我们将请求发送到哪个节点，它都能负责从各个包含我们所需文档的节点收集回数据，并将最终结果返回給客户端。 Elasticsearch 对这一切的管理都是透明的。
## 分片
- 一个 分片 是一个底层的 工作单元 ，它仅保存了全部数据中的一部分。我们的文档被存储和索引到分片内，但是应用程序是直接与索引而不是与分片进行交互。分片就认为是一个数据区
- 一个分片可以是 主 分片或者 副本 分片。索引内任意一个文档都归属于一个主分片，所以主分片的数目决定着索引能够保存的最大数据量。
- 在索引建立的时候就已经确定了主分片数，但是副本分片数可以随时修改。
- 让我们在包含一个空节点的集群内创建名为 blogs 的索引。 索引在默认情况下会被分配 5 个主分片， 但是为了演示目的，我们将分配 3 个主分片和一份副本（每个主分片拥有一个副本分片）：
```kibana
PUT /blogs{
"settings" : {
"number_of_shards" : 3,
"number_of_replicas" : 1
}}
```
此时集群的健康状况为 yellow 则表示全部 主分片都正常运行（集群可以正常服务所有请
求），但是 副本 分片没有全部处在正常状态。 实际上，所有 3 个副本分片都是 unassigned —— 它们都没有被分配到任何节点。在同一个节点上既保存原始数据又保存副本是没有意
义的，因为一旦失去了那个节点，我们也将丢失该节点上的所有副本数据。
当前我们的集群是正常运行的，但是在硬件故障时有丢失数据的风险。
## 新增节点
当你在同一台机器上启动了第二个节点时，只要它和第一个节点有同样的 cluster.name 配置，它就会自动发现集群并加入到其中。 但是在不同机器上启动节点的时候，为了加入到同一集群，你需要配置一个可连接到的单播主机列表。 详细信息请查看最好使用单播代替组播
此时，cluster-health 现在展示的状态为 green ，这表示所有 6 个分片（包括 3 个主分片和3 个副本分片）都在正常运行。我们的集群现在不仅仅是正常运行的，并且还处于 始终可用 的状态。
### 水平扩容-启动第三个节点
Node 1 和 Node 2 上各有一个分片被迁移到了新的 Node 3 节点，现在每个节点上都拥有 2 个分片，而不是之前的 3 个。 这表示每个节点的硬件资源（CPU, RAM, I/O）将被更少的分片所共享，每个分片的性能将会得到提升。
在运行中的集群上是可以动态调整副本分片数目的，我们可以按需伸缩集群。让我们把副本数从默认的 1 增加到 2
```kibana
PUT /blogs/_settings
{
"number_of_replicas" : 2
}
```
blogs 索引现在拥有 9 个分片：3 个主分片和 6 个副本分片。 这意味着我们可以将集群扩容到 9 个节点，每个节点上一个分片。相比原来 3 个节点时，集群搜索性能可以提升 3 倍。
## 应对故障
- 我们关闭的节点是一个主节点。而集群必须拥有一个主节点来保证正常工作，所以发生的第一件事情就是选举一个新的主节点： Node 2 。
- 在我们关闭 Node 1 的同时也失去了主分片 1 和 2 ，并且在缺失主分片的时候索引也不能正常工作。 如果此时来检查集群的状况，我们看到的状态将会为 red ：不是所有主分片都在正常工作。
- 幸运的是，在其它节点上存在着这两个主分片的完整副本， 所以新的主节点立即将这些分片在 Node 2 和 Node 3 上对应的副本分片提升为主分片， 此时集群的状态将会为 yellow 。 这个提升主分片的过程是瞬间发生的，如同按下一个开关一般。
- 为什么我们集群状态是 yellow 而不是 green 呢？ 虽然我们拥有所有的三个主分片，但是同时设置了每个主分片需要对应 2 份副本分片，而此时只存在一份副本分片。 所以集群不能为 green 的状态，不过我们不必过于担心：如果我们同样关闭了 Node 2 ，我们的程序 依然 可以保持在不丢任何数据的情况下运行，因为 Node 3 为每一个分片都保留着一份副本。
- 如果我们重新启动 Node 1 ，集群可以将缺失的副本分片再次进行分配。如果 Node 1依然拥有着之前的分片，它将尝试去重用它们，同时仅从主分片复制发生了修改的数据文件。
## 问题与解决
### 1、主节点
主节点负责创建索引、删除索引、分配分片、追踪集群中的节点状态等工作。Elasticsearch中的主节点的工作量相对较轻，用户的请求可以发往集群中任何一个节点，由该节点负责分发和返回结果，而不需要经过主节点转发。而主节点是由候选主节点通过 ZenDiscovery 机制选举出来的，所以要想成为主节点，首先要先成为候选主节点。
### 2、候选主节点
在 elasticsearch 集群初始化或者主节点宕机的情况下，由候选主节点中选举其中一个作为主节点。指定候选主节点的配置为：node.master: true。当主节点负载压力过大，或者集中环境中的网络问题，导致其他节点与主节点通讯的时候，主节点没来的及响应，这样的话，某些节点就认为主节点宕机，重新选择新的主节点，这样的话整个集群的工作就有问题了，比如我们集群中有 10 个节点，其中 7 个候选主节点，1个候选主节点成为了主节点，这种情况是正常的情况。但是如果现在出现了我们上面所说的主节点响应不及时，导致其他某些节点认为主节点宕机而重选主节点，那就有问题了，这剩下的 6 个候选主节点可能有 3 个候选主节点去重选主节点，最后集群中就出现了两个主节点的情况，这种情况官方成为“脑裂现象”；集群中不同的节点对于 master 的选择出现了分歧，出现了多个 master 竞争，导致主分片和副本的识别也发生了分歧，对一些分歧中的分片标识为了坏片。
### 3、数据节点
数据节点负责数据的存储和相关具体操作，比如 CRUD、搜索、聚合。所以，数据节点对机器配置要求比较高，首先需要有足够的磁盘空间来存储数据，其次数据操作对系统 CPU、Memory 和 IO 的性能消耗都很大。通常随着集群的扩大，需要增加更多的数据节点来提高可用性。指定数据节点的配置：node.data: true。elasticsearch 是允许一个节点既做候选主节点也做数据节点的，但是数据节点的负载较重，所以需要考虑将二者分离开，设置专用的候选主节点和数据节点，避免因数据节点负载重导致主节点不响应。
### 4、客户端节点
客户端节点就是既不做候选主节点也不做数据节点的节点，只负责请求的分发、汇总等等，但是这样的工作，其实任何一个节点都可以完成，因为在elasticsearch 中一个集群内的节点都可以执行任何请求，其会负责将请求转发给对应的节点进行处理。所以单独增加这样的节点更多是为了负载均衡。指定该节点的配置为： node.master: false node.data: false
### 5、脑裂”问题可能的成因
1.网络问题：集群间的网络延迟导致一些节点访问不到 master，认为 master 挂掉了从而选举出新的 master，并对 master 上的分片和副本标红，分配新的主分片
2.节点负载：主节点的角色既为 master 又为 data，访问量较大时可能会导致 ES 停止响应造成大面积延迟，此时其他节点得不到主节点的响应认为主节点挂掉了，会重新选取主节点。
3.内存回收：data 节点上的 ES 进程占用的内存较大，引发 JVM 的大规模内存回收，造成 ES进程失去响应。
#### 脑裂问题解决方案：
- 角色分离：即 master 节点与 data 节点分离，限制角色；数据节点是需要承担存储和搜索的工作的，压力会很大。所以如果该节点同时作为候选主节点和数据节点，那么一旦选上它作为主节点了，这时主节点的工作压力将会非常大，出现脑裂现象的概率就增加了。
- 减少误判：配置主节点的响应时间，在默认情况下，主节点 3 秒没有响应，其他节点就认为主节点宕机了，那我们可以把该时间设置的长一点，该配置是：
discovery.zen.ping_timeout: 5
- 选举触发：discovery.zen.minimum_master_nodes:1（默认是 1），该属性定义的是为了形成一个集群，有主节点资格并互相连接的节点的最小数目。
- 一 个 有 10 节 点 的 集 群 ， 且 每 个 节 点 都 有 成 为 主 节 点 的 资 格 ，discovery.zen.minimum_master_nodes 参数设置为 6。
- 正常情况下，10 个节点，互相连接，大于 6，就可以形成一个集群。
- 若某个时刻，其中有 3 个节点断开连接。剩下 7 个节点，大于 6，继续运行之
前的集群。而断开的 3 个节点，小于 6，不能形成一个集群。
- 该参数就是为了防止”脑裂”的产生。
- 建议设置为(候选主节点数 / 2) + 1,