详解主从模式，以及主节点的选取算法

Discovery模块负责发现集群中的节点，以及选择主节点。
ES支持多种不同Discovery类型选择，内置的实现称为Zen Discovery，其他的包括公有云平台亚马逊的EC2、谷歌的GCE等。本文讨论内置的Zen Discovery实现。
Zen Discovery封装了节点发现（Ping）、选主等实现过程，现在我们先讨论选主流程，在后面的文章中整体性介绍Discovery模块。

设计思想

所有分布式系统都需要以某种方式处理一致性问题。
一般情况下，可以将策略分为两类：如何避免不一致和定义发生不一致之后如何协调它们。
后者在适用场景下非常强大，但对数据模型有比较严格的限制。因此本文研究前者，以及如何应对网络故障。

为什么选择主从模式

除主从（Leader/Follower）模式外，另一种选择是分布式哈希表（DHT），可以支持每小时数千个节点的离开和加入，其可以在不了解底层网络拓扑的异构网络中工作，查询响应时间大约为4到10跳（中转
次数），例如，Cassandra就使用这种方案。
但是在相对稳定的对等网络中，主从模式会更好。
ES的典型场景中的另一个简化是集群中没有那么多节点。通常，
节点的数量远远小于单个节点能够维护的连接数，并且网络环境不必
经常处理节点的加入和离开。这就是为什么主从模式更适合ES。

选举算法

在主节点选举算法的选择上，基本原则是不重复造轮子。最好实现一个众所周知的算法，这样的好处是其中的优点和缺陷是已知的。
ES的选举算法的选择上主要考虑下面两种。

Bully算法

Leader选举的基本算法之一。它假定所有节点都有一个唯一的ID，使用该ID对节点进行排序。
任何时候的当前Leader都是参与集群的最高ID节点。
该算法的优点是易于实现。
但是，当拥有最大ID的节点处于不稳定状态的场景下会有问题。
例如，Master负载过重而假死，集群拥有第二大ID的节点被选为新主，这时原来的Master恢复，再次被选为新主，然后又假死……
ES 通过推迟选举，直到当前的 Master 失效来解决上述问题，只要当前主节点不挂掉，就不重新选主。
但是容易产生脑裂（双主），为此，再通过“法定得票人数过半”解决脑裂问题。

Paxos算法

Paxos非常强大，尤其在什么时机选举，以及如何进行选举方面的灵活性比简单的Bully算法有很大的优势，因为在现实生活中，存在比网络连接异常更多的故障模式。但 Paxos 实现起来非常复杂。

相关配置

与选主过程相关的重要配置有下列几个（并非全部配置）。

discovery.zen.minimum_master_nodes

最小主节点数，这是防止脑裂、防止数据丢失的极其重要的参数。这个参数的实际作用早已超越了其表面的含义。除了在选主时用于决定“多数”，还用于多处重要的判断，至少包含以下时机：

触发选主：进入选主的流程之前，参选的节点数需要达到法定人数。
决定Master：选出临时的Master之后，这个临时Master需要判断加入它的节点达到法定人数，才确认选主成功。
gateway选举元信息：向有Master资格的节点发起请求，获取元数据，获取的响应数量必须达到法定人数，也就是参与元信息选举的节点数。
Master发布集群状态：发布成功数量为多数。

为了避免脑裂，它的值应该是半数以上（quorum）：（master_eligible_nodes / 2） + 1；
该参数可以动态设置：

PUT /_cluster/settings
{"persistent" : {"discovery.zen.minimum_master_nodes" : 2}
}

discovery.zen.ping.unicast.hosts

集群的种子节点列表，构建集群时本节点会尝试连接这个节点列表，那么列表中的主机会看到整个集群中都有哪些主机。可以配置为部分或全部集群节点。可以像
下面这样指定：

discovery.zen.ping.unicast.hosts:- 192.168.1.10:9300- 192.168.1.11- seeds.mydomain.com

默认使用9300端口，如果需要更改端口号，则可以在IP后手工指定端口。
也可以设置一个域名，让该域名解析到多个IP地址，ES会尝试连接这个IP列表中的全部地址。

其他

discovery.zen.ping.unicast.hosts.resolve_timeout：DNS 解析超时时间，默认为5秒。
discovery.zen.join_timeout：节点加入现有集群时的超时时间，默认为 ping_timeout的20倍。
discovery.zen.join_retry_attempts join_timeout：超时之后的重试次数，默认为3次。
discovery.zen.join_retry_delay join_timeout：超时之后，重试前的延迟时间，默认为100毫秒。
discovery.zen.master_election.ignore_non_master_pings：设置为 true 时，选主阶段将忽略来自不具备 Master 资格节点（node.master: false）的ping请求，默认为false。
discovery.zen.fd.ping_interval：故障检测间隔周期，默认为1秒。
discovery.zen.fd.ping_timeout：故障检测请求超时时间，默认为30秒。
discovery.zen.fd.ping_retries：故障检测超时后的重试次数，默认为3次。

选举流程概述

ZenDiscovery的选主过程如下：

每个节点计算最小的已知节点ID，该节点为临时Master。向该节点发送领导投票。
如果一个节点收到足够多的票数，并且该节点也为自己投票，那么它将扮演领导者的角色，开始发布集群状态。

所有节点都会参与选举，并参与投票，但只有有资格成为Master的节点（node.master为true）的投票才有效。
获得多少选票可以赢得选举胜利，就是所谓的法定人数。
在 ES中，法定大小是一个可配置的参数。配置项：discovery.zen.minimum_master_nodes。
为了避免脑裂，最小值应该是有Master资格的节点数n/2+1。