ElasticSearch基本概念介绍（二）

我就是我 2022-09-25 12:27 195阅读 0赞

**1、特点**  
**（1）Elasticsearch致力于隐藏分布式系统的复杂性**。以下这些操作都是在底层自动完成的：

1）将你的文档分区到不同的容器或者分片(shards)中，它们可以存在于一个或多个节点中。  
2）将分片均匀的分配到各个节点，对索引和搜索做负载均衡。  
3）冗余每一个分片，防止硬件故障造成的数据丢失。  
4）将集群中任意一个节点上的请求路由到相应数据所在的节点。  
5）无论是增加节点，还是移除节点，分片都可以做到无缝的扩展和迁移。

**（2）Elasticsearch用于构建高可用和可扩展的系统**。  
扩展的方式可以是购买更好的服务器(纵向扩展(vertical scale or scaling up))或者购买更多的服务器（横向扩展(horizontal scale or scaling out)）。Elasticsearch虽然能从更强大的硬件中获得更好的性能，但是纵向扩展有它的局限性。真正的扩展应该是横向的，它通过增加节点来均摊负载和增加可靠性。

**2、空集群**  
如果我们启动一个单独的节点，它还没有数据和索引，这个集群看起来就像图1  
![这里写图片描述][20160910103550979]  
图1：只有一个空节点的集群

一个节点(node)就是一个Elasticsearch实例，而一个集群(cluster)由一个或多个节点组成，它们具有相同的cluster.name，它们协同工作，分享数据和负载。当加入新的节点或者删除一个节点时，集群就会感知到并平衡数据。

集群中一个节点会被选举为主节点(master),它将临时管理集群级别的一些变更，例如新建或删除索引、增加或移除节点等。主节点不参与文档级别的变更或搜索，这意味着在流量增长的时候，该主节点不会成为集群的瓶颈。任何节点都可以成为主节点。我们例子中的集群只有一个节点，所以它会充当主节点的角色。

做为用户，我们能够与集群中的任何节点通信，包括主节点。每一个节点都知道文档存在于哪个节点上，它们可以转发请求到相应的节点上。我们访问的节点负责收集各节点返回的数据，最后一起返回给客户端。这一切都由Elasticsearch处理。

**3、集群健康**  
在Elasticsearch集群中可以监控统计很多信息，但是只有一个是最重要的：集群健康(cluster health)。集群健康有三种状态：green、yellow或red。

GET /_cluster/health
    //在一个没有索引的空集群中运行如上查询，将返回这些信息：
    {
       "cluster_name":          "elasticsearch",
       "status":                "green", <1>
       "timed_out":             false,
       "number_of_nodes":       1,
       "number_of_data_nodes":  1,
       "active_primary_shards": 0,
       "active_shards":         0,
       "relocating_shards":     0,
       "initializing_shards":   0,
       "unassigned_shards":     0
    }

status字段提供一个综合的指标来表示集群的的服务状况。三种颜色各自的含义：  
green 所有主要分片和复制分片都可用  
yellow 所有主要分片可用，但不是所有复制分片都可用  
red 不是所有的主要分片都可用

**4、添加索引**  
为了将数据添加到Elasticsearch，我们需要索引(index)——一个存储关联数据的地方。实际上，索引只是一个用来指向一个或多个分片(shards)的“逻辑命名空间(logical namespace)”.

一个分片(shard)是一个最小级别“工作单元(worker unit)”,它只是保存了索引中所有数据的一部分。我们只要知道分片就是一个Lucene实例，并且它本身就是一个完整的搜索引擎。我们的文档存储在分片中，并且在分片中被索引，但是我们的应用程序不会直接与它们通信，取而代之的是，直接与索引通信。

分片是Elasticsearch在集群中分发数据的关键。把分片想象成数据的容器。**文档存储在分片中，然后分片分配到你集群中的节点上。当你的集群扩容或缩小，Elasticsearch将会自动在你的节点间迁移分片，以使集群保持平衡。**

分片可以是主分片(primary shard)或者是复制分片(replica shard)。你索引中的每个文档属于一个单独的主分片，所以主分片的数量决定了索引最多能存储多少数据。

理论上主分片能存储的数据大小是没有限制的，限制取决于你实际的使用情况。分片的最大容量完全取决于你的使用状况：硬件存储的大小、文档的大小和复杂度、如何索引和查询你的文档，以及你期望的响应时间。复制分片只是主分片的一个副本，它可以防止硬件故障导致的数据丢失，同时可以提供读请求，比如搜索或者从别的shard取回文档。

当索引创建完成的时候，主分片的数量就固定了，但是复制分片的数量可以随时调整。

让我们在集群中唯一一个空节点上创建一个叫做blogs的索引。默认情况下，一个索引被分配5个主分片，但是为了演示的目的，我们只分配3个主分片和一个复制分片（每个主分片都有一个复制分片）：

PUT /blogs
    {
       "settings" : {
          "number_of_shards" : 3,
          "number_of_replicas" : 1
       }
    }

附带索引的单一节点集群： 有一个索引的单一节点集群  
![这里写图片描述][20160910104024857]

我们的集群现在看起来就像上图——三个主分片都被分配到Node1。如果我们现在检查集群健康(cluster-health)，我们将见到以下信息：

{
       "cluster_name":          "elasticsearch",
       "status":                "yellow", <1>
       "timed_out":             false,
       "number_of_nodes":       1,
       "number_of_data_nodes":  1,
       "active_primary_shards": 3,
       "active_shards":         3,
       "relocating_shards":     0,
       "initializing_shards":   0,
       "unassigned_shards":     3 <2>
    }

集群的状态现在是 `yellow`  
我们的三个复制分片还没有被分配到节点上，集群的健康状态yellow表示所有的主分片(primary shards)启动并且正常运行了——集群已经可以正常处理任何请求；但是复制分片(replica shards)还没有全部可用。事实上所有的三个复制分片现在都是unassigned状态——它们还未被分配给节点。在同一个节点上保存相同的数据副本是没有必要的，如果这个节点故障了，那所有的数据副本也会丢失。

现在我们的集群已经功能完备，但是依旧存在因硬件故障而导致数据丢失的风险。

**5、增加故障转移**  
**在单一节点上运行意味着有单点故障的风险——没有数据备份。幸运的是，要防止单点故障，我们唯一需要做的就是启动另一个节点。**

启动第二个节点  
为了测试在增加第二个节点后发生了什么，你可以使用与第一个节点相同的方式启动第二个节点），而且命令行在同一个目录——一个节点可以启动多个Elasticsearch实例。

**只要第二个节点与第一个节点有相同的cluster.name（./config/elasticsearch.yml文件），它就能自动发现并加入第一个节点所在的集群。**如果没有，检查日志找出哪里出了问题。这可能是网络广播被禁用，或者防火墙阻止了节点通信。如果我们启动了第二个节点，这个集群看起来就像下图。  
![这里写图片描述][20160910104229629]  
双节点集群——所有的主分片和复制分片都已分配

第二个节点已经加入集群，三个复制分片(replica shards)也已经被分配了——分别对应三个主分片，这意味着在丢失任意一个节点的情况下依旧可以保证数据的完整性。

文档的索引将首先被存储在主分片中，然后并发复制到对应的复制节点上。这可以确保我们的数据在主节点和复制节点上都可以被检索。

cluster-health现在的状态是green，这意味着所有的6个分片（三个主分片和三个复制分片）都已可用：

{
       "cluster_name":          "elasticsearch",
       "status":                "green", <1>
       "timed_out":             false,
       "number_of_nodes":       2,
       "number_of_data_nodes":  2,
       "active_primary_shards": 3,
       "active_shards":         6,
       "relocating_shards":     0,
       "initializing_shards":   0,
       "unassigned_shards":     0
    }

集群的状态是`green`。我们的集群不仅是功能完备的，而且是高可用的。

**6、横向扩展**  
随着应用需求的增长，我们该如何扩展？如果我们启动第三个节点，我们的集群会重新组织自己，如图：  
![这里写图片描述][20160910104333093]  
包含3个节点的集群——分片已经被重新分配以平衡负载： 三节点集群

Node3包含了分别来自Node1和Node2的一个分片，这样每个节点就有两个分片，和之前相比少了一个，这意味着每个节点上的分片将获得更多的硬件资源（CPU、RAM、I/O）。

分片本身就是一个完整的搜索引擎，它可以使用单一节点的所有资源。我们拥有6个分片（3个主分片和三个复制分片），最多可以扩展到6个节点，每个节点上有一个分片，每个分片可以100%使用这个节点的资源。

**7、继续扩展**  
如果我们要扩展到6个以上的节点，要怎么做？

主分片的数量在创建索引时已经确定。实际上，这个数量定义了能存储到索引里数据的最大数量（实际的数量取决于你的数据、硬件和应用场景）。然而，主分片或者复制分片都可以处理读请求——搜索或文档检索，所以数据的冗余越多，我们能处理的搜索吞吐量就越大。

复制分片的数量可以在运行中的集群中动态地变更，这允许我们可以根据需求扩大或者缩小规模。让我们把复制分片的数量从原来的1增加到2：

PUT /blogs/_settings
    {
       "number_of_replicas" : 2
    }

![这里写图片描述][20160910104459585]  
增加number\_of\_replicas到2： 三节点两复制集群

从图中可以看出，blogs索引现在有9个分片：3个主分片和6个复制分片。这意味着我们能够扩展到9个节点，再次变成每个节点一个分片。这样使我们的搜索性能相比原始的三节点集群增加三倍。

当然，在同样数量的节点上增加更多的复制分片并不能提高性能，因为这样做的话平均每个分片的所占有的硬件资源就减少了（译者注：大部分请求都聚集到了分片少的节点，导致一个节点吞吐量太大，反而降低性能），你需要增加硬件来提高吞吐量。

不过这些额外的复制节点使我们有更多的冗余：通过以上对节点的设置，我们能够承受两个节点故障而不丢失数据。

**8、应对故障**  
我们已经说过Elasticsearch可以应对节点失效，所以让我们继续尝试。如果我们杀掉第一个节点的进程（以下简称杀掉节点），我们的集群看起来就像这样：  
![这里写图片描述][20160910104651649]  
杀掉一个节点后的集群

我们杀掉的节点是一个主节点。一个集群必须要有一个主节点才能使其功能正常，所以集群做的第一件事就是各节点选举了一个新的主节点：Node 2。

主分片1和2在我们杀掉Node 1时已经丢失，我们的索引在丢失主分片时不能正常工作。如果此时我们检查集群健康，我们将看到状态red：不是所有主节点都可用！

幸运的是丢失的两个主分片的完整拷贝存在于其他节点上，所以新主节点做的第一件事是把这些在Node 2和Node 3上的复制分片升级为主分片，这时集群健康回到yellow状态。这个提升是瞬间完成的，就好像按了一下开关。

为什么集群健康状态是yellow而不是green？我们有三个主分片，但是我们指定了每个主分片对应两个复制分片，当前却只有一个复制分片被分配，这就是集群状态无法达到green的原因，不过不用太担心这个：当我们杀掉Node 2，我们的程序依然可以在没有丢失数据的情况下继续运行，因为Node 3还有每个分片的拷贝。

如果我们重启Node 1，集群将能够重新分配丢失的复制分片，集群状况与上一节的 图5：增加number\_of\_replicas到2 类似。如果Node 1依旧有旧分片的拷贝，它将会尝试再利用它们，它只会从主分片上复制在故障期间有数据变更的那一部分。

现在你应该对分片如何使Elasticsearch可以水平扩展并保证数据安全有了一个清晰的认识。

[20160910103550979]: /images/20220717/6bd26c2b58584c3a952c73d200337056.png
[20160910104024857]: /images/20220717/8df0d68e6fcf4ae5a1a7ab3ee730a2cc.png
[20160910104229629]: /images/20220717/0d860954ae6c4ce4846d9f7f46d76518.png
[20160910104333093]: /images/20220717/9799fbdc3a884261b12c6319d222bebd.png
[20160910104459585]: /images/20220717/72b49b2c788b42fcaff86a2dd777019b.png
[20160910104651649]: /images/20220717/986118c4c1d24f43aaf9f8fc2fefad96.png