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Elasticsearch translog文件介绍

这篇文章主要介绍Elasticsearch的索引工作机制,它是如何利用translog来保证数据的安全,以及我们在生产环境中如何优化translog的参数来最大化性能,主要会介绍到elastic中常见的2个操作:refresh和flush,以及这2个接口是如何保证数据能够被检索到的。

数据持久化

我们把数据写到磁盘后,还要调用fsync才能把数据刷到磁盘中,如果不这样做在系统掉电的时候就会导致数据丢失,这个原理相信大家都清楚,elasticsearch为了高可靠性必须把所有的修改持久化到磁盘中。

elastic底层采用的是lucene这个库来实现倒排索引的功能,在lucene的概念里每一条记录称为document(文档),lucene使用segment(分段)来存储数据,用commit point来记录所有segment的元数据,一条记录要被搜索到,必须写入到segment中,这一点非常重要,后面会介绍为什么elastic搜索是near-realtime(接近实时的)而不是实时的。

elastic使用translog来记录所有的操作,我们称之为write-ahead-log,我们新增了一条记录时,es会把数据写到translog和in-memory buffer(内存缓存区)中,如下图所示:

内存缓存区和translog就是near-realtime的关键所在,前面我们讲过新增的索引必须写入到segment后才能被搜索到,因此我们把数据写入到内存缓冲区之后并不能被搜索到,如果希望该文档能立刻被搜索,需要手动调用refresh操作。

refresh操作

默认情况下,es每隔一秒钟执行一次refresh,可以通过参数index.refresh_interval来修改这个刷新间隔,执行refresh操作具体做了哪些事情呢?

  • 所有在内存缓冲区中的文档被写入到一个新的segment中,但是没有调用fsync,因此内存中的数据可能丢失
  • segment被打开使得里面的文档能够被搜索到
  • 清空内存缓冲区

执行refresh后的状态如下图所示:

refresh的开销比较大,我在自己环境上测试10W条记录的场景下refresh一次大概要14ms,因此在批量构建索引时可以把refresh间隔设置成-1来临时关闭refresh,等到索引都提交完成之后再打开refresh,可以通过如下接口修改这个参数:

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curl -XPUT 'localhost:9200/test/_settings' -d '{
"index" : {
"refresh_interval" : "-1"
}
}'

另外当你在做批量索引时,可以考虑把副本数设置成0,因为document从主分片(primary shard)复制到从分片(replica shard)时,从分片也要执行相同的分析、索引和合并过程,这样的开销比较大,你可以在构建索引之后再开启副本,这样只需要把数据从主分片拷贝到从分片:

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curl -XPUT 'localhost:9200/my_index/_settings' -d ' {
"index" : {
"number_of_replicas" : 0
}
}'

执行完批量索引之后,把刷新间隔改回来:

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curl -XPUT 'localhost:9200/my_index/_settings' -d '{
"index" : {
"refresh_interval" : "1s"
}
}'

你还可以强制执行一次refresh以及索引分段的合并:

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curl -XPOST 'localhost:9200/my_index/_refresh'
curl -XPOST 'localhost:9200/my_index/_forcemerge?max_num_segments=5'

flush操作

随着translog文件越来越大时要考虑把内存中的数据刷新到磁盘中,这个过程称为flush,flush过程主要做了如下操作:

  • 把所有在内存缓冲区中的文档写入到一个新的segment中
  • 清空内存缓冲区
  • 往磁盘里写入commit point信息
  • 文件系统的page cache(segments) fsync到磁盘
  • 删除旧的translog文件,因此此时内存中的segments已经写入到磁盘中,就不需要translog来保障数据安全了

flush之后的状态如下所示:

es有几个条件来决定是否flush到磁盘,不同版本的es参数有所不同,大家可以参考es对应版本的文档来查看这几个参数:es translog,这里介绍下1.7版本的flush参数:

  • index.translog.flush_threshold_ops,执行多少次操作后执行一次flush,默认无限制
  • index.translog.flush_threshold_size,translog的大小超过这个参数后flush,默认512mb
  • index.translog.flush_threshold_period,多长时间强制flush一次,默认30m
  • index.translog.interval,es多久去检测一次translog是否满足flush条件

上面的参数是es多久执行一次flush操作,在系统恢复过程中es会比较translog和segments中的数据来保证数据的完整性,为了数据安全es默认每隔5秒钟会把translog刷新(fsync)到磁盘中,也就是说系统掉电的情况下es最多会丢失5秒钟的数据,如果你对数据安全比较敏感,可以把这个间隔减小或者改为每次请求之后都把translog fsync到磁盘,但是会占用更多资源;这个间隔是通过下面2个参数来控制的:

  • index.translog.sync_interval 控制translog多久fsync到磁盘,最小为100ms
  • index.translog.durability translog是每5秒钟刷新一次还是每次请求都fsync,这个参数有2个取值:request(每次请求都执行fsync,es要等translog fsync到磁盘后才会返回成功)和async(默认值,translog每隔5秒钟fsync一次)

读者需要弄清楚flush和fsync的区别,flush是把内存中的数据(包括translog和segments)都刷到磁盘,而fsync只是把translog刷新的磁盘(确保数据不丢失)。
最后附上一个实用的elastic配置文件https://github.com/EZLippi/Profiles/blob/master/java/elasticsearch.yml

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