Elasticsearch的分片平衡问题解决

2023年11月份在某电商系统生产中的Elasticsearch（以下简称ES）集群突然，出现了大量慢查询告警，导致请求堆积。经过几天的排查发现了ES节点主分片和副本分片分布存在不均匀的问题。当然了暂未有定论是由于分片不均衡导致了性能下降，但是主分片和副本分片分布不均匀确实是个问题。

1、概念说明

下面我们来介绍一些重要的概念。

• 集群（cluster）：代表一个集群，其中包含多个节点。集群中有一个主节点，这个主节点通过选举产生。主节点和从节点是集群内部的概念。Elasticsearch采用去中心化的设计，即在集群外部看来，没有中心节点，因为对外部来说，与任何一个节点通信和与整个Elasticsearch集群通信是等价的。

• 主分片（Primary Shard）：代表索引的主分片。Elasticsearch可以将一个完整的索引分成多个主分片，将其分布在不同的节点上，实现分布式搜索。主分片的数量只能在索引创建前指定，并且创建后不能更改。

• 副本分片（Replica Shard）：代表索引的副本分片。Elasticsearch可以为一个索引设置多个副本，副本的作用有两个方面：一是提高系统的容错性，当某个节点的分片损坏或丢失时，可以从副本中恢复数据；二是提高查询效率，Elasticsearch会自动对搜索请求进行负载均衡。

• 数据恢复（recovery）：或重新分布是指在节点加入或退出集群时，根据机器的负载情况重新分配索引分片的过程。当一个节点重新启动时，也会进行数据恢复。

那么，在什么情况下可能导致分片分布不均匀呢？

• 索引的动态均衡 ：包括集群内部节点数量调整、新增索引、删除索引副本、删除索引等情况；
• 增加副本 ：因有大量的数据集中写入到某个节点；
• 节点宕机：通常在下线一个Elasticsearch节点后，该节点上的主分片会被判定为丢失，此时Elasticsearch集群会自动将其他节点上的副本分片设置为主分片。当该节点重新启动时，分片数据会被识别为副本分片。这些操作可能导致一些节点上的主分片较为集中，而另一些节点上的副本分片较为集中；
• 大量集中数据写入：大量数据的集中写入可能导致主分片在短时间内不均匀的情况。当业务场景需要大量写入时，如果设置了较多的ingest节点进行写入，由于无法实时同步，可能会导致主分片在节点之间不均匀地分布。

上述两种情况经常发生，因此分片分布不均匀并不罕见。

2、分配与平衡策略

以下动态设置可用于控制集群中分片的重新平衡：

2.1、 shard分配策略

参数说明： cluster.routing.allocation.enable-(动态） 启用或禁用特定类型分片的分配：

• all -（默认值）允许为所有类型的分片分配分片。
• primaries - 仅允许为主分片分配分片。
• new_primaries - 仅允许为新索引的主分片分配分片。
• none - 不允许对任何索引进行任何类型的分片分配。
  重新启动节点时，此设置不会影响本地主分片的恢复。如果重新启动的节点具有未分配的主分片的副本，会立即恢复该主分片。

cluster.routing.allocation.node_concurrent_incoming_recovers
允许在一个节点上进行多少次并发的传入分片恢复。传入恢复是指在节点上分配目标分片（很可能是副本，除非分片正在重新定位）的恢复。默认值为2。
cluster.routing.allocation.node_concurrent_outgoing_recoveries
允许在一个节点上进行多少次并发传出分片恢复。传出恢复是指在节点上分配源分片（很可能是主分片，除非分片正在重新定位）的恢复。默认值为2。
cluster.routing.allocation.node_concurrent_recoveries
设置cluster.routing.allocation.node_concurrent_incoming_recoveries和cluster.routing_allocation.node _concurrent_outgoing_recoveries的快捷方式。
cluster.routing.allocation.node_initial_priparies_recoveries
虽然复制副本的恢复是通过网络进行的，但节点重新启动后未分配的主服务器的恢复使用本地磁盘中的数据。这些恢复应该很快，这样就可以在同一节点上并行进行更多的初始主恢复。默认值为4。
cluster.routing.allocation.same_shard.host
允许根据主机名和主机地址执行检查，以防止在单个主机上分配同一分片的多个实例。默认为false，表示默认情况下不执行任何检查。此设置仅适用于在同一台计算机上启动多个节点的情况。

2.2. rebalance平衡策略

参数说明：cluster.routing.allocation.allow_rebalance用来控制rebalance触发条件：

• always - 始终允许重新平衡；
• indices_primaries_active - 仅在所有主分片可用时；
• indices_all_active - （默认）仅当所有分片都激活时；
  cluster.routing.allocation.cluster_concurrent_rebalance用来控制均衡力度，允许集群内并发分片的rebalance数量，默认为2。
  cluster.routing.allocation.node_concurrent_recoveries，每个node上允许rebalance的片数量。

3、解决方案

3.1、重启节点

在重启ES集群之前，我们先来看看集群分片分配设置(allocation和rebalance)默认参数。

默认设置情况下，经过多次重启，实践证明重启条件下ES集群不会触发自动均衡。

3.2 自动分片迁移

假如以idx_items商品索引为例，我们在进行重新(reblance)分片操作之前，一般要对索引数据进行备份，以防意外发生，备份操作如下：

• 备份索引数据：

POST _reindex
{

 "source":{
   "index": "idx_items"
  },
  "dest": {
   "index": "idx_items_temp"
  }
}

• 集群开启自动分片(shard allocation)：

PUT _cluster/settings
{
 "persistent":{
   "cluster.routing.allocation.enable": "all",
   "cluster.routing.rebalance.enable": "all",
 }
}

• 降低副本数为0

PUT idx_items/_settings
{
 "number_of_replicas": 0
}

3.3 手动分片迁移

• 集群开启分片平衡(shard rebalance)：

PUT _cluster/settings
{
 "persistent":{
   "cluster.routing.allocation.enable": "all",
   "cluster.routing.rebalance.enable": "none",
 }
}

• 降低副本数为0

PUT idx_items/_settings
{
 "number_of_replicas": 0
}

• 手动分片迁移

从节点名称为node-1迁移到节点名称node-2，迁移的分片为0.

POST /_cluster/reroute
{
 "commands": [
  {
    "move":{
	 "index": "idx_items",
	 "shard": 0,
	 "from_node": "node-1",
	 "to_node": "node-2"
	}
  }
 ]
}