ElasticSearch用得多溜，可能也架不住这些集群灾难……

京东科技 杨松柏 2024-03-06 10:44:33

一、前言

 

Elasticsearch作为一个分布式搜索引擎，自身是高可用的；但也架不住一些特殊情况的发生，如：

 

  • 集群超过半数的master节点丢失，ES的节点无法形成一个集群，进而导致集群不可用；

  • 索引shard的文件损坏，分片无法被正常恢复，进而导致索引无法正常提供服务；

  • 本地盘节点，多数据节点故障，旧节点无法再次加入集群，数据丢失。

 

针对上述的情况，今天来聊一聊相关的解决方案。

 

二、基础知识

 

 
1. 集群经典架构

 

在聊解决方案之前，首先来看一看ES集群层面的基本知识，es的集群组成通常如图1-1所示。

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图 1-1 es常用集群架构

 

如图1-1所示，为生产环境es集群的经典架构，主要由专有主节点、专有协调节点和数据节点组成：

 

  • 专有主节点(Master-eligible node): 具有master角色的节点，这使其有资格被选为主节点，只存储集群元信息包含cluster、index、shard级别的元数据；该种角色节点被选举为master之后，将作为整个ES集群的大脑，负责维护集群层面的元信息，创建删除索引等工作。该种节点的个数必须为奇数，通常我们固定为3个，如果该类节点丢失半数，es集群将无法维持es节点形成一个集群。

 

  • 专有协调节点(网关节点): 该种节点不具有任何角色，仅仅用来处理es请求；比如（1）将写请求的数据归类转发到数据所属的节点（2）查询请求的二次聚合计算。通常我们也会给该类节点保留ingest角色，ingest的主要作用是对数据进行预处理；比如：字段重命名、给数据文档打上指纹和清洗数据等功能主要通过pipeline能力进行处理

 

  • 数据节点(Data node): 存储数据和集群元信息，执行与数据相关的操作，如CRUD、搜索和聚合。在数据节点上打上不同的属性，可以使其成为hot、warm、cold数据节点，在es7.9版本之后配置略有不同，但是原理基本不变。

 

如果没有显示设置节点角色，es的每个节点都会含有以上三种角色。除此之后还有Remote-eligible node、ml-node和Transform nodes等角色需要显示的配置，节点才会有该角色。

 

 
2.集群元信息

 

集群完全启动主要包含选举主节点、元信息、主分片、数据恢复等重要阶段；如图2-1所示[1]。

 

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图 2-1 es集群启动流程

 

主节点选举的过程，不是本文的重点，而是集群元信息的选举。被选举出的master和集群元信息新旧程度没有关系；master节点被选举出来之后，它所要完成的第一个任务，即是选举集群元信息。

 

1）Master选举成功之后，判断其持有的集群状态中是否存在

 

STATE_NOT_RECOVERED_BLOCK，如果不存在，则说明元数据已经恢复，跳过gateway恢复过程，否则等待。

 

org.elasticsearch.gateway.GatewayService#clusterChanged

 

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//跳过元数据恢复if (state.blocks().hasGlobalBlock(STATE_NOT_RECOVERED_BLOCK) == false) {            // already recovered            return; } //此处省略部分代码。 //进入gateway恢复过程   performStateRecovery(enforceRecoverAfterTime, reason);

 

2）Master从各个节点主动获取元数据信息

 

org.elasticsearch.gateway.Gateway#performStateRecovery

 

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# 获取元信息核心代码 final String[] nodesIds = clusterService.state().nodes().getMasterNodes().keys().toArray(String.class);        logger.trace("performing state recovery from {}", Arrays.toString(nodesIds));        final TransportNodesListGatewayMetaState.NodesGatewayMetaState nodesState = listGatewayMetaState.list(nodesIds, null).actionGet();

 

3）从获取的元数据信息中选择版本号最大的作为最新元数据;元信息包括集群级、索引级

 

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## org.elasticsearch.gateway.Gateway#performStateRecovery
    public void performStateRecovery(final GatewayStateRecoveredListener listener) throws GatewayException {# 省略若干行代码

## 进入allocation阶段；## final Gateway.GatewayStateRecoveredListener recoveryListener = new GatewayRecoveryListener();## listener为 GatewayStateRecoveredListener    listener.onSuccess(builder.build());    }

 

4）两者确定之后，调用allocation模块的reroute，对未分配 的分片执行分配，主分片分配过程中会异步获取各个shard级别元数据

 

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#主要实现方法为如下方法   #org.elasticsearch.gateway.GatewayService.GatewayRecoveryListener#onSuccess## 主要工作是构建集群状态（ClusterState），其中的内容路由表 依赖allocation模块协助完成，调用 allocationService.reroute 进 入下一阶段：异步执行分片层元数据的恢复，以及分片分配。updateTask线程结束.

 

ES中存储的数据：（1）state元数据信息；（2）index Lucene生成的索引文件；（3）translog事务日志。

 

元数据信息：

 

 

  • nodes/0/_state/*.st，集群层面元信息MetaData（clusterUUID 、 settings 、templates等）；

  • nodes/0/indices/{index_uuid}/_state/*.st，索引层面元信息IndexMetaData（ numberOfShards 、mappings等）；

  • nodes/0/indices/{index_uuid}/0/_state/*.st，分片层面元信息ShardStateMetaData（version 、indexUUID、primary等）。

 

上述信息被持久化到磁盘：持久化的state不包括某个分片存在于哪个节点这种内容路由信息，集群完全重启时，依靠gateway的recovery过程重建RoutingTable和RoutingNode。当读取某个文档时， 根据路由算法确定目的分片后，再从RoutingTable中查找分片位于哪个节点，然后将请求转发到目的节点[1]。

 

注意：在es7.0.0之后es的元信息存储方式发生变化；

es7.0.0之后元信息存储改使用lucene的方式存储，见pr50928 Move metadata storage to Lucene)

 

7.10.2 专有主节点，集群元数据

 

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./|-- _state|   |-- _39h.cfe|   |-- _39h.cfs|   |-- _39h.si|   |-- node-0.st|   |-- segments_50d|   `-- write.lock`-- node.lock

 

6.8.13 专有主节点，集群元数据

 

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./|-- _state|   |-- global-230.st|   `-- node-2.st|-- indices|   |-- -hiy4JnoRfqUJHTJoNUt4Q|   |   `-- _state|   |       `-- state-4.st|   `-- ylJKVlqISGOi8EkpxHE_2A|       `-- _state|           `-- state-6.st`-- node.lock

 

三、灾难场景与处理方法

 

 
1. master节点丢失

 

注意本文所述的master节点个数，假设前提均为3个。

 

场景1 master节点丢失过半

 

master节点是控制整个集群；当该种节点角色丢失过半，由于集群中投票节点永远不可能达到quorum无法选主，将无法维持es节点形成一个集群；虽然集群无法形成一个集群，但所仍幸master-eligible节点存活,我们可以使用如下手段进行处理。

 

es7.0.0版本之前

 

  • 修改剩余节点的elasticsearch.yaml配置如下,修改quorum的个数，然后启动剩余的节点，形成一个新的集群；

 

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discovery.zen.minimum_master_nodes: 1discovery.zen.ping.unicast.hosts:- masters-0

 

  • 重建补充之前丢失的master-eligible节点，加入集群之后.

  • 将集群配置修改为旧的配置，再逐一重启下集群中的节点，先从master-eligible开始.

 

es7.0.0（包含）版本之后

 

在es7.0.0版本之后,由于es修改集群的启动配置,新增配置discovery.seed_hosts和cluster.initial_master_nodes；es集群第一次启动时称为bootstrap，该过程将配置文件中的cluster.initial_master_node作为初始的投票节点Voting configurations，投票节点具有选举master和commit cluster state的权利，超过半数以上同意即投票成功。如果在集群健康的场景下，我们需要下线超过半数的master-eligible；则必须首先使用投票配置排除API从投票配置中排除受影响的节点。

 

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POST _cluster/voting_config_exclusions?node_names={node_names}POST _cluster/voting_config_exclusions?node_ids={node_ids}DELETE _cluster/voting_config_exclusions

 

但是如果丢失的master节点超过半数，则可以使用新的集群处理工具elasticsearch-node unsafe-bootstrappr37696和elasticsearch-node detach-clusterpr37979。

 

面对丢失半数master-eligible，es7.0.0（包含）版本之后的处理步骤如下：

 

  • 使用bin/elasticsearch-node unsafe-bootstrap命令让唯一主节点以不安全的方式改写投票节点，就像重新进行bootstrap一样，自己使用持久化的cluster state形成一个新集群

  • 其他数据节点无法加入新集群因为UUID不同(es使用UUID作为节点和集群的唯一表示，每个节点都会持久化当前集群的UUID)，使用bin/elasticsearch-node detach-cluster命令让节点离开之前的集群

  • 启动数据节点和新的master-eligible节点(如下补充两个新的master-eligible)，他会加入新集群中

 

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cluster.initial_master_nodes:- {master-0}- {new-master-1}- {new-master-2}discovery.seed_hosts:- {master-ip-0}- {new-master-ip-1}- {new-master-ip-2}

 

场景2 master节点全部丢失

 

es7.0.0版本之前

 

关闭 security 功能(如果开启了, 最好先关闭security插件功能)：

 

  • 因为新启动的master节点，没有数据节点(如果只配置了一个master的角色), security插件的初始化无法完成, 各类接口不好调用

  • 如果给新启动的master节点，配置了master and data角色，则security插件会初始化成功. 会插入index，但是这个index会和原来的data节点上保存的冲突，不知道怎么解。

 

elastic官方xpack-security;关闭鉴权：xpack.security.enabled:false

 

启动足够的新master-eligible节点形成一个新集群。

 

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discovery.zen.minimum_master_nodes: 2discovery.zen.ping.unicast.hosts:- {new-masters-1}- {new-masters-2}- {new-masters-3}

 

修改数据节点的为新master的地址,并且删除掉节点上的_state(因为新集群的cluster UUID不一致)，同上。

 

启动数据节点，数据被恢复加入到集群。

 

es7.0.0（包含）版本之后

 

已经没有cluster state了，唯一的希望是数据节点上的index数据；恢复方式借助elasticsearch-node工具。

 

  • 关闭security功能(如果开启了, 最好先关闭security插件功能),原因同上

  • 启动足够的新master-eligible节点形成一个新集群

 

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cluster.initial_master_nodes:- {new-master-0}- {new-master-1}- {new-master-2}discovery.seed_hosts:- {new-master-ip-0}- {new-master-ip-1}- {new-master-ip-2}

 

bin/elasticsearch-node detach-cluster命令让数据节点离开之前的集群。

 

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./bin/elasticsearch-node detach-cluster------------------------------------------------------------------------
    WARNING: Elasticsearch MUST be stopped before running this tool.
------------------------------------------------------------------------
You should only run this tool if you have permanently lost all of themaster-eligible nodes in this cluster and you cannot restore the clusterfrom a snapshot, or you have already unsafely bootstrapped a new clusterby running `elasticsearch-node unsafe-bootstrap` on a master-eligiblenode that belonged to the same cluster as this node. This tool can causearbitrary data loss and its use should be your last resort.
Do you want to proceed?
Confirm [y/N] yNode was successfully detached from the cluster

 

查询dangling索引,GET /_dangling, 改api 引入es7.9版本于pr58176。

 

启动数据节点并使用Import dangling indexAPI将index数据import到cluster state中(官方推荐，es7.9版本之后). 或者 配置gateway.auto_import_dangling_indices: true引入于es7.6版本pr49174（es7.6.0-7.9.0可用该配置，在7.6版本之前不需要配置默认加载dangling索引）并启动数据节点。


POST /_dangling/{index-uuid}?accept_data_loss=true

 

导入完成之后，索引recovery之后即可进行读写。

 

注意

 

Q1: 为什么7.6.0之后需要配置,才能处理悬空索引（dangling index）才能让数据加入新集群，7.6.0之后没有悬空索引吗？

 

A1: 其实也是有的，只不过在es2版本将配置移除（对应pr10016）,默认自动加载dangling index（es2.0-es7.6）; 具体实现于org.elasticsearch.gateway.DanglingIndicesState#processDanglingIndiceses7.6再次引入dangling配置，es7.9引入dangling index rest api

 

Q2: 什么是 dangling 索引？

 

A2: 当一个节点加入集群时，如果发现存储在其本地数据目录中的任何分片（shard）不存在于集群中，将认为这些分片属于“悬空”索引。悬空索引产生的场景（1）在 Elasticsearch 节点离线时删除了多个cluster.indices.tombstones.size索引，节点再次加入集群集群 （2）master节点丢失，数据节点重新加入新的集群等

 

 
2.数据节点故障

 

数据节点灾难故障之后，无法恢复加入集群；可将数据物理复制到新的节点，然后按照master节点丢失的方式，将数据节点加入集群即可。

 

 
3.分片不能够自动分配

 

查看索引分片为什么无法分配，POST _cluster/allocation/explain

 

1）分片正常

 

如果分片数据正常，那么我们可以尝试重试分配分片任务;POST _cluster/reroute?retry_failed。

 

获取索引的shard在那些节点上，使用_shard_stores api。

 

GET indexName1/_shard_stores

 

使用cluster reroute重新分配

 

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# 尝试分配副本 POST /_cluster/reroute{  "commands": [    {      "allocate_replica": {        "index": "{indexName1}",        "shard": {shardId},        "node": "{nodes-9}"      }    }  ]}

 

如果是主分片无法分配，可以尝试如下命令进行分配。

 

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POST /_cluster/reroute{  "commands": [    {      "allocate_stale_primary": {        "index": "{indexName1}",        "shard": {shardId},        "node": {nodes-9},        "accept_data_loss": true      }    }  ]}

 

如果主分片确实是无法分配，只能选择丢失该分片的数据，分配一个空的主分片。

 

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POST /_cluster/reroute{  "commands": [    {      "allocate_empty_primary": {        "index": "{indexName1}",        "shard": {shardId},        "node": "{nodes-9}",        "accept_data_loss": true      }    }  ]}

 

es5.0版本之前参考：

https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/2.4/cluster-reroute.html

 

2）分片数据损坏

 

  • shard corrupted

 

错误参考Corrupted elastic index（https://discuss.elastic.co/t/corrupted-elastic-index/135932）

 

shard-tool（https://www.elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/6.5/shard-tool.html）es6.5版本引入，该操作需要stop节点。

 

elasticsearch-shard 工具es6.5版本引入pr33848（https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/33848）。

 

elasticsearch-shard remove-corrupted-data 的 es7.0.0引入pr32281（https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/32281）。

 

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bin/elasticsearch-shard remove-corrupted-data --index {indexName} --shard-id {shardId}## 示列：修复索引twitter的0号分片bin/elasticsearch-shard remove-corrupted-data --index twitter --shard-id 0
## 如果--index和--shard-id换成索引分片目录参数--dir，则直接修复data和translogbin/elasticsearch-shard remove-corrupted-data --dir /var/lib/elasticsearchdata/nodes/0/indices/P45vf_YQRhqjfwLMUvSqDw/0

 

修复完成之后，启动节点，如果分片不能够自动分配,使用reroute命令进行shard分片。

 

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POST /_cluster/reroute{  "commands":[    {      "allocate_stale_primary":{        "index":"index42",        "shard":0,        "node":"node-1",        "accept_data_loss":false      }    }  ]}

 

5版本之前可以通过索引级别配置，进行修复

index.shard.check_on_startup: fix ，该配置在es6.5版本移除pr32279（https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/32279）

 

  • translog 损坏

 

修复translog操作，需要stop节点。

 

修复工具 elasticsearch-translog es5.0.0 引入pr19342（https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/19342）。

 

elasticsearch-shard remove-corrupted-data translog的 es7.4.1开始引入，pr47866（https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/47866）elasticsearch-shard 可以直接清除translog，也可以像上文中指定--dir那样进行修复translog。

 

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bin/elasticsearch-shard remove-corrupted-data --index  --shard-id   --truncate-clean-translog## 示列：修复索引twitter的0号分片bin/elasticsearch-shard remove-corrupted-data --index twitter --shard-id 0 --truncate-clean-translog

 

清除完成之后使用cluster reroute 进行恢复。

 

5版本之前可以通过索引级别配置，进行修复

index.shard.check_on_startup: fix ，该配置在es6.5版本移除pr32279（https://github.com/elastic/elasticsearch/pull/32279）。

 

  • segments_N文件丢失

 

该种场景的文件损坏是最难修复的；官方还未提供工具，我们正在自己调研中。

 

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参考资料

 

  • [1]elasticsearch集群启动流程

  • [2]elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/7.9/dangling-indices-list.html

  • [3]elastic.co/guide/en/elasticsearch/reference/7.10/node-tool.html

 

作者丨京东科技 杨松柏（京东云开发者社区）

来源丨juejin.cn/post/7326049852345794571

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