ElasticSearch-集群

分布式特性　

　　Elasticsearch 可以横向扩展至数百（甚至数千）的服务器节点，同时可以处理PB级数据。Elasticsearch 天生就是分布式的，并且在设计时屏蔽了分布式的复杂性。这里列举了一些在后台自动执行的操作：

• 分配文档到不同的容器 或 分片 中，文档可以储存在一个或多个节点中
• 按集群节点来均衡分配这些分片，从而对索引和搜索过程进行负载均衡
• 复制每个分片以支持数据冗余，从而防止硬件故障导致的数据丢失
• 将集群中任一节点的请求路由到存有相关数据的节点
• 集群扩容时无缝整合新节点，重新分配分片以便从离群节点恢复

集群配置

　　修改elasticsearch.yml

# 配置集群名称，保证每个节点的名称相同，如此就能都处于一个集群之内了
cluster.name: es-cluster
# 每一个节点的名称，必须不一样
node.name: es-node1
# http端口（使用默认即可）
http.port: 9200
# 主节点，作用主要是用于来管理整个集群，负责创建或删除索引，管理其他非master节点
node.master: true
# 数据节点，用于对文档数据的增删改查
node.data: true
# 集群列表
discovery.seed_hosts: ["192.168.1.184", "192.168.1.185", "192.168.1.186"]
# 启动的时候使用一个master节点
cluster.initial_master_nodes: ["es-node1"]

 　　多台主机构成了一个集群，每台主机称作一个节点（Node）。在图中，每个 Node 都有三个分片，其中 P 开头的代表 Primary 分片，即主分片，R 开头的代表 Replica 分片，即副本分片。所以图中主分片 1、2，副本分片 0 储存在 1 号节点，副本分片 0、1、2 储存在 2 号节点，主分片 0 和副本分片 1、2 储存在 3 号节点，一共是 3 个主分片和 6 个副本分片。同时我们还注意到 1 号节点还有个 MASTER 的标识，这代表它是一个主节点，它相比其他的节点更加特殊，它有权限控制整个集群，比如资源的分配、节点的修改等等。

• 主节点：即 Master 节点。主节点的主要职责是和集群操作相关的内容，如创建或删除索引，跟踪哪些节点是群集的一部分，并决定哪些分片分配给相关的节点。稳定的主节点对集群的健康是非常重要的。默认情况下任何一个集群中的节点都有可能被选为主节点。索引数据和搜索查询等操作会占用大量的cpu，内存，io资源，为了确保一个集群的稳定，分离主节点和数据节点是一个比较好的选择。虽然主节点也可以协调节点，路由搜索和从客户端新增数据到数据节点，但最好不要使用这些专用的主节点。一个重要的原则是，尽可能做尽量少的工作。
• 数据节点：即 Data 节点。数据节点主要是存储索引数据的节点，主要对文档进行增删改查操作，聚合操作等。数据节点对 CPU、内存、IO 要求较高，在优化的时候需要监控数据节点的状态，当资源不够的时候，需要在集群中添加新的节点。
• 负载均衡节点：也称作 Client 节点，也称作客户端节点。当一个节点既不配置为主节点，也不配置为数据节点时，该节点只能处理路由请求，处理搜索，分发索引操作等，从本质上来说该客户节点表现为智能负载平衡器。独立的客户端节点在一个比较大的集群中是非常有用的，他协调主节点和数据节点，客户端节点加入集群可以得到集群的状态，根据集群的状态可以直接路由请求。
• 预处理节点：也称作 Ingest 节点，在索引数据之前可以先对数据做预处理操作，所有节点其实默认都是支持 Ingest 操作的，也可以专门将某个节点配置为 Ingest 节点

　　一个节点其实可以对应不同的类型，如一个节点可以同时成为主节点和数据节点和预处理节点，但如果一个节点既不是主节点也不是数据节点，那么它就是负载均衡节点。具体的类型可以通过具体的配置文件来设置。

分布式原理

• 一个index包含多个shard,也就是一个index存在多个服务器上
• 每个shard都是一个最小工作单元，承载部分数据，比如有三台服务器,现在有三条数据,这三条数据在三台服务器上各方一条.
• 增减节点时，shard会自动在nodes中负载均衡
• primary shard和replica shard，每个document肯定只存在于某一个primary shard以及其对应的replica shard中，不可能存在于多个primary shard
• replica shard是primary shard的副本，负责容错，以及承担读请求负载
• primary shard的数量在创建索引的时候就固定了，replica shard的数量可以随时修改
• primary shard不能和自己的replica shard放在同一个节点上（否则节点宕机，primary shard和副本都丢失，起不到容错的作用），但是可以和其他primary shard的replica shard放在同一个节点上

　　当索引一个文档的时候，文档会被存储到一个主分片中。 Elasticsearch 如何知道一个文档应该存放到哪个分片中呢？

shard_num = hash(_routing) % num_primary_shards

　　其中 _routing 是一个可变值，默认是文档的 _id 的值 ，也可以设置成一个自定义的值。 _routing 通过 hash 函数生成一个数字，然后这个数字再除以 num_of_primary_shards （主分片的数量）后得到余数 。这个分布在 0 到 number_of_primary_shards-1 之间的余数，就是我们所寻求的文档所在分片的位置。这就解释了为什么我们要在创建索引的时候就确定好主分片的数量 并且永远不会改变这个数量：因为如果数量变化了，那么所有之前路由的值都会无效，文档也再也找不到了。

　　假设有一个100个分片的索引。当一个请求在集群上执行搜索时会发生什么呢？

1. 这个搜索的请求会被发送到一个节点
2. 接收到这个请求的节点，将这个查询广播到这个索引的每个分片上（可能是主分片，也可能是复本分片）
3. 每个分片执行这个搜索查询并返回结果
4. 结果在通道节点上合并、排序并返回给用户

数据写入流程

1. 数据先写入到buffer里面，在buffer里面的数据时搜索不到的，同时将数据写入到translog日志文件之中
2. 如果buffer快满了，或是一段时间之后(定时)，就会将buffer数据refresh到一个新的OS cache之中，然后每隔1秒，就会将OS cache的数据写入到segment file之中，但是如果每一秒钟没有新的数据到buffer之中，就会创建一个新的空的segment file，只要buffer中的数据被refresh到OS cache之中，就代表这个数据可以被搜索到了。当然可以通过restful api 和Java api，手动的执行一次refresh操作，就是手动的将buffer中的数据刷入到OS cache之中，让数据立马搜索到，只要数据被输入到OS cache之中，buffer的内容就会被清空了。同时进行的是，数据到shard之后，就会将数据写入到translog之中，每隔5秒将translog之中的数据持久化到磁盘之中
3. 重复以上的操作，每次一条数据写入buffer，同时会写入一条日志到translog日志文件之中去，这个translog文件会不断的变大，当达到一定的程度之后，就会触发commit操作。
4. 将一个commit point写入到磁盘文件，里面标识着这个commit point 对应的所有segment file
5. 强行将OS cache 之中的数据都fsync到磁盘文件中去。
   解释：translog的作用：在执行commit之前，所有的而数据都是停留在buffer或OS cache之中，无论buffer或OS cache都是内存，一旦这台机器死了，内存的数据就会丢失，所以需要将数据对应的操作写入一个专门的日志问价之中，一旦机器出现宕机，再次重启的时候，es会主动的读取translog之中的日志文件的数据，恢复到内存buffer和OS cache之中。
6. 将现有的translog文件进行清空，然后在重新启动一个translog，此时commit就算是成功了，默认的是每隔30分钟进行一次commit，但是如果translog的文件过大，也会触发commit，整个commit过程就叫做一个flush操作，我们也可以通过ES API,手动执行flush操作，手动将OS cache 的数据fsync到磁盘上面去，记录一个commit point，清空translog文件
   补充：其实translog的数据也是先写入到OS cache之中的，默认每隔5秒之中将数据刷新到硬盘中去，也就是说，可能有5秒的数据仅仅停留在buffer或者translog文件的OS cache中，如果此时机器挂了，会丢失5秒的数据，但是这样的性能比较好，我们也可以将每次的操作都必须是直接fsync到磁盘，但是性能会比较差。
7. 如果时删除操作，commit的时候会产生一个.del文件，里面讲某个doc标记为delete状态，那么搜索的时候，会根据.del文件的状态，就知道那个文件被删除了。
8. 如果时更新操作，就是讲原来的doc标识为delete状态，然后重新写入一条数据即可。
9. buffer每次更新一次，就会产生一个segment file 文件，所以在默认情况之下，就会产生很多的segment file 文件，将会定期执行merge操作
10. 每次merge的时候，就会将多个segment file 文件进行合并为一个，同时将标记为delete的文件进行删除，然后将新的segment file 文件写入到磁盘，这里会写一个commit point，标识所有的新的segment file，然后打开新的segment file供搜索使用。

参考：https://blog.csdn.net/sinat_16658263/article/details/90444038