ES数据存储和集群路由原理

ES数据存储

1、存储流程

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。

当一个写请求发送到 es 后，es 将数据写入 memory buffer 中，并添加事务日志（ translog ）。如果每次一条数据写入内存后立即写到硬盘文件上，由于写入的数据肯定是离散的，因此写入硬盘的操  作也就是随机写入了。硬盘随机写入的效率相当低，会严重降低es的性能。

因此 es 在设计时在 memory buffer 和硬盘间加入了 Linux 的页面高速缓存（ File system cache ） 来提高 es 的写效率。

当写请求发送到 es 后，es 将数据暂时写入 memory buffer 中，此时写入的数据还不能被查询到。默认设置下，es 每1秒钟将 memory buffer 中的数据 refresh 到 Linux 的 File system cache ，并清空 memory buffer ，此时写入的数据就可以被查询到了。

但 File system cache 依然是内存数据，一旦断电，则 File system cache 中的数据全部丢失。默认设置下，es 每30分钟调用 fsync 将 File system cache 中的数据 flush 到硬盘。因此需要通过translog 来保证即使因为断电 File system cache 数据丢失，es 重启后也能通过日志回放找回丢失的数据。

translog 默认设置下，每一个 index 、 delete 、 update 或 bulk 请求都会直接 fsync 写入硬盘。为了保证 translog 不丢失数据，在每一次请求之后执行 fsync 确实会带来一些性能问题。对于一些允许丢失几秒钟数据的场景下，可以通过设置 index.translog.durability 和index.translog.sync_interval 参数让 translog 每隔一段时间才调用 fsync 将事务日志数据写入硬盘。

2、动态更新索引

以在线动态服务的层面看，要做到实时更新条件下数据的可用和可靠，就需要在倒排索引的基础上，再  做一系列更高级的处理。

其实总结一下 Lucene 的处理办法，很简单，就是一句话：新收到的数据写到新的索引文件里。

Lucene 把每次生成的倒排索引，叫做一个段(segment)。然后另外使用一个 commit  文件，记录索引内所有的 segment。而生成 segment 的数据来源，则是内存中的 buffer。也就是说，动态更新过程如下：

1. 1. 当前索引有 3 个 segment 可用。索引状态如图 2-1；

 图 2-1

1. 1. 新接收的数据进入内存 buffer。索引状态如图 2-2；

图 2-2

1. 1. 内存 buffer 刷到磁盘，生成一个新的 segment，commit 文件同步更新。索引状态如图 2-3。

图 2-3

3、利用磁盘缓存实现的准实时检索

既然涉及到磁盘，那么一个不可避免的问题就来了：磁盘太慢了！对我们要求实时性很高的服务来说，  这种处理还不够。所以，在第 3 步的处理中，还有一个中间状态：

1. 内存 buffer 生成一个新的 segment，刷到文件系统缓存中，Lucene 即可检索这个新 segment。索引状态如图 2-4。

1. 文件系统缓存真正同步到磁盘上，commit 文件更新。达到图 2-3 中的状态

​​​这一步刷到文件系统缓存的步骤，在 Elasticsearch 中，是默认设置为 1 秒间隔的，对于大多数应用来

说，几乎就相当于是实时可搜索了。Elasticsearch 也提供了单独的

间隔还不满意的，可以主动调用该接口来保证搜索可见。

接口，用户如果对 1 秒

注：5.0 中还提供了一个新的请求参数： ?refresh=wait_for ，可以在写入数据后不强制刷新但一直等到刷新才返回。

不过对于 Elastic Stack 的日志场景来说，恰恰相反，我们并不需要如此高的实时性，而是需要更快的写入性能。所以，一般来说，我们反而会通过/_settings接口或者定制 template 的方式，加大参数：

# curl -XPOST http://127.0.0.1:9200/logstash-2015.06.21/_settings -d'

{ "refresh_interval": "10s" }

如果是导入历史数据的场合，那甚至可以先完全关闭掉：

# curl -XPUT http://127.0.0.1:9200/logstash-2015.05.01 -d'
{
"settings" : { "refresh_interval": "-1"
}
}'

在导入完成以后，修改回来或者手动调用一次即可：

# curl -XPOST http://127.0.0.1:9200/logstash-2015.05.01/_refresh

4、translog 提供的磁盘同步控制

既然 refresh 只是写到文件系统缓存，那么第 4 步写到实际磁盘又是有什么来控制的？如果这期间发生主机错误、硬件故障等异常情况，数据会不会丢失？

这里，其实有另一个机制来控制。 Elasticsearch 在把数据写入到内存 buffer  的同时，其实还另外记录 了一个 translog 日志。也就是说，第 2 步并不是图 2-2 的状态，而是像图 2-5 这样：

图 2-5

在第 3 和第 4 步， refresh 发生的时候， translog 日志文件依然保持原样，如图 2-6 ：

图 2-6

也就是说，如果在这期间发生异常，Elasticsearch 会从 commit 位置开始，恢复整个 translog 文件中的记录，保证数据一致性。

等到真正把 segment 刷到磁盘，且 commit 文件进行更新的时候， translog 文件才清空。这一步，叫做 flush。同样，Elasticsearch 也提供了   /_flush             接口

对于 flush 操作，Elasticsearch 默认设置为：每 30 分钟主动进行一次 flush，或者当 translog 文件大小大于 512MB (老版本是 200MB)时，主动进行一次 flush。这两个行为，可以分别通过

参数修 改。

如果对这两种控制方式都不满意，Elasticsearch 还可以通过

参数，控制每收到多少条数据后 flush 一次。

5、translog 的一致性

索引数据的一致性通过 translog 保证。那么 translog 文件自己呢？

默认情况下，Elasticsearch 每 5 秒，或每次请求操作结束前，会强制刷新 translog 日志到磁盘上。

后者是 Elasticsearch 2.0 新加入的特性。为了保证不丢数据，每次 index、bulk、delete、update 完成的时候，一定触发刷新 translog 到磁盘上，才给请求返回 200 OK。这个改变在提高数据安全性的同时当然也降低了一点性能。

如果你不在意这点可能性，还是希望性能优先，可以在 index template 里设置如下参数：

五、集群路由

1、 文档路由

1）document路由到shard分片上，就叫做文档路由 ,如何路由？ 2）路由算法

算法公式：shard = hash(routing)%number_of_primary_shards

例子：

一个索引index ,有3个primary shard : p0,p1,p2

增删改查 一个document文档时候，都会传递一个参数 routing number, 默认就是document文档 _id, (也可以手动指定)

Routing = _id，假设： _id = 1

算法：

Hash(1) = 21 % 3 = 0 表示 请求被 路由到 p0分片上面。

1. 自定义路由请求：

PUT /index/item/id?routing = _id （默认）

PUT /index/item/id?routing = user_id（自定义路由）--- 指定把某些值固定路由到某个分片上面。

1. primary shard不可变原因