ElasticSearch 集群分片内部原理

公众号：码农架构

分片内部原理

• 分片是如何工作的
  • 为什么ES搜索是近实时性的
  • 为什么CRUD 操作也是实时性
  • ES 是怎么保证更新被持久化时断电也不丢失数据
  • 为什么删除文档不会立即释放空间
  • refresh, flush, 和 optimize API 作用
• 使文本可被搜索 倒排索引的结构 词项 文档列表 Term | Doc 1 | Doc 2 | Doc 3 | ... brown | X | | X | ... fox | X | X | X | ... quick | X | X | | ... the | X | | X | ...
• 倒排索引的不变性
  • 不需要锁
  • 可被内核的文件系统缓存，停留在内存中，大部分请求会直接请求到内存，不会落到磁盘上
  • filter缓存，在索引的生命周期始终有效。不需要再每次数据改变时重建
  • 写入单个较大的倒排索引使允许数据被压缩
• 如何在索引不变情况下 动态更新索引
  • 使用更多的索引，来解决这个问题
  • 通过增加新的补充索引来反映新近的修改，而不是直接重写整个倒排索引
  • 一个 Lucene 索引包含一个提交点和三个段
  • 逐段搜索的流程
    • 新文档被收集到内存索引缓存
    • 不时地, 缓存被 提交
      • 一个新的段----一个追加的倒排索引--被写入磁盘
      • 一个新的包含新段名字的 提交点 被写入磁盘
      • 磁盘进行 同步 — 所有在文件系统缓存中等待的写入都刷新到磁盘
    • 新的段被开启，让它包含的文档可见以被搜索
    • 内存缓存被清空，等待接收新的文档
  • 一个在内存缓存中包含新文档的 Lucene 索引
  • 在一次提交后，一个新的段被添加到提交点而且缓存被清空

• 删除和更新文档
  • 段是不可改变的，每个提交点都会有一个.del文件。在这个文件中能列出这些删除文档的短信息
  • 当文档被删除时不是删除，只是在.del文件中被登记
  • 文档的更新也是这样的，先将更新的文档标记为删除。然后文档的新版本被索引到一个新的段中

近实时搜索

• 提交（Commiting）一个新的段到磁盘需要一个 fsync 来确保段被物理性地写入磁盘，这样在断电的时候就不会丢失数据。但是每次提交的一个新的段都fsync 这样操作代价过大。可以使用下面这种更轻量的方式
• 在内存缓冲区中包含了新文档的 Lucene 索引
  • Lucene 允许新段被写入和打开--使其包含的文档在未进行一次完整提交时便对搜索可见
• 缓冲区的内容已经被写入一个可被搜索的段中，但还没有进行提交
  • 这里新段会被先写入到文件系统缓存--这一步代价会比较低，稍后再被刷新到磁盘--这一步代价比较高
• 默认情况下每个分片会每秒自动刷新一次
  • 近 实时搜索: 文档的变化并不是立即对搜索可见，但会在一秒之内变为可见
  • POST /_refresh // 刷新Refresh 所有的索引
  • POST /blogs/_refresh // 只刷新Refresh blogs 索引 可以在settings 设置对定时刷新频率的大小

PUT /my_logs
{
"settings": {
"refresh_interval": "30s" //30秒刷新一次
"refresh_interval": "-1" //关闭自动刷新
"refresh_interval": "1s"//每秒自动刷新
}
}

持久化变更

在没有 fsync 把数据从内存刷新到硬盘中，我们不能保证数据在断电或程序退出时之后依然存在

• 即时每秒刷新，也不能实现近实时搜索。我们任然有另外的方法确保从失败中回复数据
• ES 增加一个translog，或者叫做事务日志。在每次操作是均进行日志记录
• 整个流程是如下的操作
  1. 一个文档被索引之后，就会被添加到内存缓冲区，并且 追加到了 translog -
  1. 刷新（refresh）使分片处于缓存被清空，但是事务日志不会的状态
     • 内存缓冲区的文档被写入新的段中，但是没有进行fsync
     • 段被打开，且可被搜索到
     • 内存缓冲区被清空

  2. 进程继续进行，更多的文档被添加到内存缓冲区和追加的事务日志中

  3. 每隔一段时间，translog太大 或 索引被刷新。一个新的translog被创建，并且被全量提交 -

  • 所有内存缓冲区的文档都被写入一个新的段中
  • 缓冲区内清空
  • 一个提交点被写入硬盘
  • 文件系统缓存通过fsync被刷新
  • 老的translog 被删除

• translog 提供所有没有被刷新到磁盘操作的一个持久化记录。当ES启动时，会根据最后一个提交点去恢复已知的段
• translog 也可供用来提供实时的CRUD。但我们进行一些CRUD操作时，它会首先检查translog任何最近的变更。
• flush API ** 执行一次提交，并截断translog**的操作
  • 分片默认每30M自动flush一次。translog太大也会自动flush
  • 可通过自己执行flush API操作 POST /blogs/_flush //刷新索引 POST /_flush?wait_for_ongoing //刷新索引并等待所有的刷新结果返回

段合并

• 段合并的时候会将那些旧的已删除的文档从文件系统中删除，被删除或者被更新的文档不会被复制到新的大段中
• 段合并的流程 -

• optimized API 的作用
  • optimize API大可看做是 强制合并 API 。