如何搭建高可用MongoDB集群（分片）【綻放吧！數據庫】

MongoDB基礎請參考：https://blog.51cto.com/kaliarch/2044423

MongoDB（replica set）請參考：https://blog.51cto.com/kaliarch/2044618

一、概述

1.1 背景

為解決mongodb在replica set每個從節點上面的數據庫均是對數據庫的全量拷貝，從節點壓力在高并發大數據量的場景下存在很大挑戰，同時考慮到后期mongodb集群的在數據壓力巨大時的擴展性，應對海量數據引出了分片機制。

1.2 分片概念

分片是將數據庫進行拆分，將其分散在不同的機器上的過程，無需功能強大的服務器就可以存儲更多的數據，處理更大的負載，在總數據中，將集合切成小塊，將這些塊分散到若干片中，每個片只負載總數據的一部分，通過一個知道數據與片對應關系的組件mongos的路由進程進行操作。

1.3 基礎組件

其利用到了四個組件：mongos，config server，shard，replica set

mongos：數據庫集群請求的入口，所有請求需要經過mongos進行協調，無需在應用層面利用程序來進行路由選擇，mongos其自身是一個請求分發中心，負責將外部的請求分發到對應的shard服務器上，mongos作為統一的請求入口，為防止mongos單節點故障，一般需要對其做HA。

config server：配置服務器，存儲所有數據庫元數據（分片，路由）的配置。mongos本身沒有物理存儲分片服務器和數據路由信息，只是存緩存在內存中來讀取數據，mongos在第一次啟動或后期重啟時候，就會從config server中加載配置信息，如果配置服務器信息發生更新會通知所有的mongos來更新自己的狀態，從而保證準確的請求路由，生產環境中通常也需要多個config server，防止配置文件存在單節點丟失問題。

shard：在傳統意義上來講，如果存在海量數據，單臺服務器存儲1T壓力非常大，無論考慮數據庫的硬盤，網絡IO，又有CPU，內存的瓶頸，如果多臺進行分攤1T的數據，到每臺上就是可估量的較小數據，在mongodb集群只要設置好分片規則，通過mongos操作數據庫，就可以自動把對應的操作請求轉發到對應的后端分片服務器上。

replica set：在總體mongodb集群架構中，對應的分片節點，如果單臺機器下線，對應整個集群的數據就會出現部分缺失，這是不能發生的，因此對于shard節點需要replica set來保證數據的可靠性，生產環境通常為2個副本+1個仲裁。

1.4 架構圖

二、安裝部署

2.1 基礎環境

為了節省服務器，采用多實例配置，三個mongos，三個config server，單個服務器上面運行不通角色的shard（為了后期數據分片均勻，將三臺shard在各個服務器上充當不同的角色。），在一個節點內采用replica set保證高可用，對應主機與端口信息如下：

mongodb-1

172.20.6.10

端口：20000

端口：21000

mongodb-2

172.20.6.11

端口：20000

端口：21000

mongodb-3

172.20.6.12

端口：20000

端口：21000

2.2、安裝部署

2.2.1 軟件下載目錄創建

wget -c https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-rhel62-3.4.10.tgz tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel62-3.4.10.tgz ln -sv mongodb-linux-x86_64-rhel62-3.4.10 mongodb echo "PATH=$PAHT:/usr/local/mongodb/bin">/etc/profile.d/mongodb.sh source /etc/profile.d/mongodb.sh

2.2.2 創建目錄

分別在mongodb-1/mongodb-2/mongodb-3創建目錄及日志文件

mkdir -p /data/mongodb/mongos/{log,conf} mkdir -p /data/mongodb/mongoconf/{data,log,conf} mkdir -p /data/mongodb/shard1/{data,log,conf} mkdir -p /data/mongodb/shard2/{data,log,conf} mkdir -p /data/mongodb/shard3/{data,log,conf} touch /data/mongodb/mongos/log/mongos.log touch /data/mongodb/mongoconf/log/mongoconf.log touch /data/mongodb/shard1/log/shard1.log touch /data/mongodb/shard2/log/shard2.log touch /data/mongodb/shard3/log/shard3.log

2.2.3 配置config server副本集

在mongodb3.4版本后要求配置服務器也創建為副本集，在此副本集名稱：replconf

在三臺服務器上配置config server副本集配置文件，并啟動服務

cat>/data/mongodb/mongoconf/conf/mongoconf.conf<

任意登錄一臺服務器進行配置服務器副本集初始化

use admin config = {_id:"replconf",members:[ {_id:0,host:"172.20.6.10:21000"}, {_id:1,host:"172.20.6.11:21000"}, {_id:2,host:"172.20.6.12:21000"},] } rs.initiate(config);

查看集群狀態：

replconf:OTHER> rs.status() { "set" : "replconf", "date" : ISODate("2017-12-04T07:42:09.054Z"), "myState" : 1, "term" : NumberLong(1), "configsvr" : true, "heartbeatIntervalMillis" : NumberLong(2000), "optimes" : { "lastCommittedOpTime" : { "ts" : Timestamp(1512373328, 1), "t" : NumberLong(1) }, "readConcernMajorityOpTime" : { "ts" : Timestamp(1512373328, 1), "t" : NumberLong(1) }, "appliedOpTime" : { "ts" : Timestamp(1512373328, 1), "t" : NumberLong(1) }, "durableOpTime" : { "ts" : Timestamp(1512373328, 1), "t" : NumberLong(1) } }, "members" : [ { "_id" : 0, "name" : "172.20.6.10:21000", "health" : 1, "state" : 1, "stateStr" : "PRIMARY", "uptime" : 221, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512373328, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2017-12-04T07:42:08Z"), "infoMessage" : "could not find member to sync from", "electionTime" : Timestamp(1512373296, 1), "electionDate" : ISODate("2017-12-04T07:41:36Z"), "configVersion" : 1, "self" : true }, { "_id" : 1, "name" : "172.20.6.11:21000", "health" : 1, "state" : 2, "stateStr" : "SECONDARY", "uptime" : 42, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512373318, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDurable" : { "ts" : Timestamp(1512373318, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2017-12-04T07:41:58Z"), "optimeDurableDate" : ISODate("2017-12-04T07:41:58Z"), "lastHeartbeat" : ISODate("2017-12-04T07:42:08.637Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-12-04T07:42:07.648Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "syncingTo" : "172.20.6.10:21000", "configVersion" : 1 }, { "_id" : 2, "name" : "172.20.6.12:21000", "health" : 1, "state" : 2, "stateStr" : "SECONDARY", "uptime" : 42, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512373318, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDurable" : { "ts" : Timestamp(1512373318, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2017-12-04T07:41:58Z"), "optimeDurableDate" : ISODate("2017-12-04T07:41:58Z"), "lastHeartbeat" : ISODate("2017-12-04T07:42:08.637Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-12-04T07:42:07.642Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "syncingTo" : "172.20.6.10:21000", "configVersion" : 1 } ], "ok" : 1 }

此時config server集群已經配置完成，mongodb-1為primary，mongdb-2/mongodb-3為secondary

2.2.4 配置shard集群

三臺服務器均進行shard集群配置

shard1配置

cat >/data/mongodb/shard1/conf/shard.conf <

查看此時服務已經正常啟動，shard1的22001端口已經正常監聽，接下來登錄mongodb-1服務器進行shard1副本集初始化

mongo 172.20.6.10:22001 use admin config = {_id:"shard1",members:[ {_id:0,host:"172.20.6.10:22001"}, {_id:1,host:"172.20.6.11:22001",arbiterOnly:true}, {_id:2,host:"172.20.6.12:22001"},] } rs.initiate(config);

查看集群狀態，只列出了部分信息：

{ "_id" : 0, "name" : "172.20.6.10:22001", "health" : 1, "state" : 1, "stateStr" : "PRIMARY", #mongodb-1為primary "uptime" : 276, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512373911, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2017-12-04T07:51:51Z"), "infoMessage" : "could not find member to sync from", "electionTime" : Timestamp(1512373879, 1), "electionDate" : ISODate("2017-12-04T07:51:19Z"), "configVersion" : 1, "self" : true }, { "_id" : 1, "name" : "172.20.6.11:22001", "health" : 1, "state" : 7, "stateStr" : "ARBITER", #mongodb-2為arbiter "uptime" : 45, "lastHeartbeat" : ISODate("2017-12-04T07:51:53.597Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-12-04T07:51:51.243Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "configVersion" : 1 }, { "_id" : 2, "name" : "172.20.6.12:22001", "health" : 1, "state" : 2, "stateStr" : "SECONDARY", #mongodb-3為secondary "uptime" : 45, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512373911, 1), "t" : NumberLong(1) },

此時shard1 副本集已經配置完成，mongodb-1為primary，mongodb-2為arbiter，mongodb-3為secondary。

同樣的操作進行shard2配置和shard3配置

注意：進行shard2的副本集初始化，在mongodb-2， 初始化shard3副本集在mongodb-3上進行操作。

shard2配置文件

cat >/data/mongodb/shard2/conf/shard.conf <

shard3配置文件

cat >/data/mongodb/shard3/conf/shard.conf <

在mongodb-2上進行shard2副本集初始化

mongo 172.20.6.11:22002 #登錄mongodb-2 use admin config = {_id:"shard2",members:[ {_id:0,host:"172.20.6.10:22002"}, {_id:1,host:"172.20.6.11:22002"}, {_id:2,host:"172.20.6.12:22002",arbiterOnly:true},] } rs.initiate(config);

查看shard2副本集狀態

{ "_id" : 0, "name" : "172.20.6.10:22002", "health" : 1, "state" : 2, "stateStr" : "SECONDARY", #mongodb-2為secondary "uptime" : 15, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512374668, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDurable" : { "ts" : Timestamp(1512374668, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2017-12-04T08:04:28Z"), "optimeDurableDate" : ISODate("2017-12-04T08:04:28Z"), "lastHeartbeat" : ISODate("2017-12-04T08:04:30.527Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-12-04T08:04:28.492Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "syncingTo" : "172.20.6.11:22002", "configVersion" : 1 }, { "_id" : 1, "name" : "172.20.6.11:22002", "health" : 1, "state" : 1, "stateStr" : "PRIMARY", #mongodb-2為primary "uptime" : 211, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512374668, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2017-12-04T08:04:28Z"), "infoMessage" : "could not find member to sync from", "electionTime" : Timestamp(1512374666, 1), "electionDate" : ISODate("2017-12-04T08:04:26Z"), "configVersion" : 1, "self" : true }, { "_id" : 2, "name" : "172.20.6.12:22002", #mongodb-3為arbiter "health" : 1, "state" : 7, "stateStr" : "ARBITER", "uptime" : 15, "lastHeartbeat" : ISODate("2017-12-04T08:04:30.527Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-12-04T08:04:28.384Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "configVersion" : 1 }

登錄mongodb-3進行shard3副本集初始化

mongo 172.20.6.12:22003 #登錄mongodb-3 use admin config = {_id:"shard3",members:[ {_id:0,host:"172.20.6.10:22003",arbiterOnly:true}, {_id:1,host:"172.20.6.11:22003"}, {_id:2,host:"172.20.6.12:22003"},] } rs.initiate(config);

查看shard3副本集狀態

{ "_id" : 0, "name" : "172.20.6.10:22003", "health" : 1, "state" : 7, "stateStr" : "ARBITER", #mongodb-1為arbiter "uptime" : 18, "lastHeartbeat" : ISODate("2017-12-04T08:07:37.488Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-12-04T08:07:36.224Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "configVersion" : 1 }, { "_id" : 1, "name" : "172.20.6.11:22003", "health" : 1, "state" : 2, "stateStr" : "SECONDARY", #mongodb-2為secondary "uptime" : 18, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512374851, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDurable" : { "ts" : Timestamp(1512374851, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2017-12-04T08:07:31Z"), "optimeDurableDate" : ISODate("2017-12-04T08:07:31Z"), "lastHeartbeat" : ISODate("2017-12-04T08:07:37.488Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-12-04T08:07:36.297Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "syncingTo" : "172.20.6.12:22003", "configVersion" : 1 }, { "_id" : 2, "name" : "172.20.6.12:22003", "health" : 1, "state" : 1, "stateStr" : "PRIMARY", #mongodb-3為primary "uptime" : 380, "optime" : { "ts" : Timestamp(1512374851, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2017-12-04T08:07:31Z"), "infoMessage" : "could not find member to sync from", "electionTime" : Timestamp(1512374849, 1), "electionDate" : ISODate("2017-12-04T08:07:29Z"), "configVersion" : 1, "self" : true }

此時shard集群全部已經配置完畢。

2.2.5 配置路由服務器mongos

目前三臺服務器的配置服務器和分片服務器均已啟動，配置三臺mongos服務器

由于mongos服務器的配置是從內存中加載，所以自己沒有存在數據目錄configdb連接為配置服務器集群

cat >/data/mongodb/mongos/conf/mongos.conf<

目前config server集群/shard集群/mongos服務均已啟動，但此時為設置分片，還不能使用分片功能。需要登錄mongos啟用分片

登錄任意一臺mongos

mongo 172.20.6.10:20000 use admin db.runCommand({addshard:"shard1/172.20.6.10:22001,172.20.6.11:22001,172.20.6.12:22001"}) db.runCommand({addshard:"shard2/172.20.6.10:22002,172.20.6.11:22002,172.20.6.12:22002"}) db.runCommand({addshard:"shard3/172.20.6.10:22003,172.20.6.11:22003,172.20.6.12:22003"})

查看集群

三、 測試

目前配置服務、路由服務、分片服務、副本集服務都已經串聯起來了，此時進行數據插入，數據能夠自動分片。連接在mongos上讓指定的數據庫、指定的集合分片生效。

注意：設置分片需要在admin數據庫進行

use admin db.runCommand( { enablesharding :"kaliarchdb"}); #開啟kaliarch庫分片功能 db.runCommand( { shardcollection : "kaliarchdb.table1",key : {_id:"hashed"} } ) #指定數據庫里需要分片的集合tables和片鍵_id

設置kaliarchdb的 table1 表需要分片，根據 _id 自動分片到 shard1 ，shard2，shard3 上面去。

查看分片信息

測試插入數據

use kaliarchdb; for (var i = 1; i <= 100000; i++) db.table1.save({_id:i,"test1":"testval1"});

查看分片情況：（省去部分信息）

db.table1.stats() { "sharded" : true, "capped" : false, "ns" : "kaliarchdb.table1", "count" : 100000, #總count "size" : 3800000, "storageSize" : 1335296, "totalIndexSize" : 4329472, "indexSizes" : { "_id_" : 1327104, "_id_hashed" : 3002368 }, "avgObjSize" : 38, "nindexes" : 2, "nchunks" : 6, "shards" : { "shard1" : { "ns" : "kaliarchdb.table1", "size" : 1282690, "count" : 33755, #shard1的count數 "avgObjSize" : 38, "storageSize" : 450560, "capped" : false, ...... "shard2" : { "ns" : "kaliarchdb.table1", "size" : 1259434, "count" : 33143, #shard2的count數 "avgObjSize" : 38, "storageSize" : 442368, "capped" : false, ....... "shard3" : { "ns" : "kaliarchdb.table1", "size" : 1257876, "count" : 33102, #shard3的count數 "avgObjSize" : 38, "storageSize" : 442368, "capped" : false,

此時架構中的mongos，config server，shard集群均已經搭建部署完畢，在實際生成環境話需要對前端的mongos做高可用來提示整體高可用。

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MongoDB 數據庫

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