冷热分离与索引生命周期管理 - 阿里云Elasticsearch

本文介绍在阿里云Elasticsearch集群上，通过生命周期管理ILM（Index Lifecycle Management）功能，实现冷热数据分离的实践流程。通过本实践，您既可以实现在保证集群读写性能的基础上，自动维护集群上的冷热数据，又能通过优化集群架构，降低企业生产成本。

背景信息

当今大数据时代，数据时刻在更新变化。尤其是随着时间的积累，存储在阿里云Elasticsearch中的数据会越来越多，当数据达到一定量时，必然会造成服务的内存、CPU、IO等指标上涨，影响Elasticsearch的全文检索能力。为此Elasticsearch（6.6.0及以上版本）提供了索引生命周期管理ILM功能，实现索引从设置、创建、打开、关闭到删除的全生命周期管理。尤其在时序和冷热数据场景上应用ILM，可以大幅度节约存储成本。本文以冷热数据场景为例，介绍如何使用ILM功能。业务场景如下：

将索引数据实时写入Elasticsearch。当索引数据增加到一定量时，数据自动写入新索引。
新索引（滚动后的索引）在hot阶段停留30分钟，进入warm阶段。
warm阶段完成Merge及Shrink操作后，索引等待1小时（从滚动更新时算起），进入cold阶段。
cold阶段将热节点数据迁移到冷节点，实现冷热数据分离后，索引会在2个小时（从滚动更新时算起）后被删除。

使用建议

Elasticsearch索引生命周期策略需密切贴近业务模型。例如，对多个不同结构的索引进行生命周期管理，建议各个索引配置独立的别名和生命周期策略，以便于管理。
使用rollover滚动索引，初始索引应以自增数字结尾（-000001），否则策略不生效，长度要求为6。例如，定义初始索引为myindex-000001，则rollover后的索引是myindex-000002，以此类推进行递增。如果集群中索引名不符合规范，建议进行索引重建。
hot阶段主要处理数据写入。业务中需保证数据是按照时间顺序写入的，处于warm和cold阶段的索引不建议进行数据写入。例如，在warm阶段配置actions为shrink或read only，那么索引进入warm阶段后将处于只读状态，数据无法写入。

说明各生命周期阶段的详细说明请参见通过索引生命周期管理Heartbeat数据。
在选择冷热架构节点的规格时，由于热节点提供热点数据服务，因此建议配置较高的CPU和较快的IO；而冷节点提供冷数据服务，建议配置更多的磁盘空间。对于冷节点，即使配置较少的CPU和IO，也可以提供服务。

为索引配置生命周期管理策略

登录Kibana控制台。
具体操作步骤请参见登录Kibana控制台。
在左侧导航栏，单击Dev Tools。
在Console中，执行如下命令，查看集群冷热节点属性。
```
GET _cat/nodeattrs?v&h=host,attr,value
```
结果显示集群中包含3个hot节点，3个warm节点，支持冷热架构。

说明使用阿里云Elasticsearch时，您只需在创建实例时购买冷数据节点，系统即会自动部署冷热架构，详情请参见冷热数据分离。

通过API方式，定义ILM策略。

PUT /_ilm/policy/game-policy
{
  "policy": {
    "phases": {
      "hot": {
        "actions": {
          "rollover": {
            "max_size": "1GB",
            "max_age": "1d",
            "max_docs": 1000
          }
        }
      },
      "warm": {
        "min_age": "30m",
        "actions": {
          "forcemerge": {
                "max_num_segments":1
              },
          "shrink": {
                "number_of_shards":1
              }
        }
      },
      "cold": {
        "min_age": "1h",
        "actions": {
          "allocate": {
            "require": {
              "box_type": "warm"
            }
          }
        }
      },
      "delete": {
        "min_age": "2h",
        "actions": {
          "delete": {}
        }
      }
    }
  }
}

说明

策略名创建后将无法更改。
您也可以在Kibana控制台上创建策略，但是Kibana上指定的max_age最小单位为小时，而通过API方式，可指定最小单位为秒。

创建索引模板。

在settings中指定冷热属性，数据写入后存储在hot节点上。

PUT _template/gamestabes_template
{
  "index_patterns" : ["gamestabes-*"],
  "settings": {
    "index.number_of_shards": 5,
    "index.number_of_replicas": 1,
    "index.routing.allocation.require.box_type":"hot",
    "index.lifecycle.name": "game-policy", 
    "index.lifecycle.rollover_alias": "gamestabes"
  }
}


参数	说明
`index.routing.allocation.require.box_type`	指定索引新建时所分配的节点。
`index.lifecycle.name`	指定生命周期策略名称。
`index.lifecycle.rollover_alias`	指定rollover别名。

基于序号创建初始索引。

PUT gamestabes-000001
{
"aliases": {
    "gamestabes":{
       "is_write_index": true
        }
      }
}

您也可以基于时间创建索引，详情请参见using date math。

通过别名写入数据。
当数据达到rollover条件，并触发ILM检测周期后，索引将进行滚动更新。
```
PUT gamestabes/_doc/1
{
    "EU_Sales" : 3.58,
    "Genre" : "Platform",
    "Global_Sales" : 40.24,
    "JP_Sales" : 6.81,
    "Name" : "Super Mario Bros.",
    "Other_Sales" : 0.77,
    "Platform" : "NES",
    "Publisher" : "Nintendo",
    "Year_of_Release" : "1985",
    "na_Sales" : 29.08
}
```
说明 ILM默认10分钟检测一次符合策略标准的索引，当达到rollover条件后，索引将滚动到下一阶段，同时配置indices.lifecycle.poll_interval参数，修改检测周期。
根据生命周期阶段过滤索引，并查看索引详细配置。
1. 在左侧导航栏，单击Management。
2. 在Elasticsearch区域中，单击Index Management。
3. 在Index management中，单击Lifecycle status右侧的Lifecycle phase，从下拉列表中选择生命周期阶段进行过滤。
4. 单击过滤后的索引，查看索引详细信息。

验证数据分布

查询进入cold阶段的索引，并查看其配置信息。
查询处于cold阶段索引的shard分布。
```
GET _cat/shards?shrink-gamestables-000012
```
返回结果如下。根据返回结果可知，cold阶段的索引数据主要分布在冷数据节点上。

更新ILM策略

更新正在运行的ILM策略。
查看更新后的策略版本。
1. 在左侧导航栏，单击Management。
2. 在Elasticsearch区域中，单击Index Lifecycle Policies。
3. 在Index lifecycle policies中，查看更新后的策略版本。
  更新后策略的版本号增加1，此时正在滚动写入的索引依旧使用旧策略，新策略将在下次滚动更新时生效。

切换ILM策略

创建新策略。

PUT /_ilm/policy/game-new
{
  "policy": {
    "phases": {
      "hot": {
        "actions": {
          "rollover": {
            "max_size": "3GB",
            "max_age": "1d",
            "max_docs": 1000
          }
        }
      },
      "warm": {
        "min_age": "30m",
        "actions": {
          "forcemerge": {
                "max_num_segments":1
              },
          "shrink": {
                "number_of_shards":1
              }
        }
      },
      "cold": {
        "min_age": "1h",
        "actions": {
          "allocate": {
            "require": {
              "box_type": "warm"
            }
          }
        }
      },
      "delete": {
        "min_age": "2h",
        "actions": {
          "delete": {}
        }
      }
    }
  }
}

为模板绑定新策略。
```
PUT _template/gamestabes_template
{
  "index_patterns" : ["gamestabes-*"],
  "settings": {
    "index.number_of_shards": 5,
    "index.number_of_replicas": 1,
    "index.routing.allocation.require.box_type":"hot",
    "index.lifecycle.name": "game-new", 
    "index.lifecycle.rollover_alias": "gamestabes"
  }
}
```
注意
- 切换策略后，新策略不会立即生效。当前正在滚动写入的索引依旧使用旧策略，直到当前索引rollover生成新索引，新策略才会生效。
- 应用旧策略创建的索引，依旧绑定旧策略。如果您需要为这些索引绑定新策略，可执行PUT gamestabes-*/_settings命令，详情请参见switching policies for an index。

总结

本文介绍了通过ILM实现冷热分离的实践流程，主要内容如下：

为索引配置生命周期管理策略。
主要流程如下：
1. 配置集群冷热属性。
2. 根据需求设置索引模板。
3. 根据需求配置索引生命周期管理策略，并匹配模板。
4. 定义初始滚动索引，以-00001开始，滚动生成的索引名后会自动加1。
验证数据分布。
验证cold阶段索引的shard是否分布在冷数据节点上。
更新ILM策略。
更新已有策略。
切换ILM策略。
在不同策略间实现滚动切换。