Mongodb复制集以及sharding的实现
一，概述mongodb是一个典型的文档型nosql数据库，下面说一下Nosql包括的几大类型数据库：
NoSQL的数据存储模型
键值模型：
数据模型：key-value存储
优点：查找速度快
缺点：数据无结构，通常只被当作字符串或二进制数据
应用场景：内容缓存
实例：Redis, Dynamo
列式模型：
数据模型：数据按列存储，将同一列数据存在一起；
优点：查找迅速、可扩展性强、易于实现分布式；
缺点：功能相对SQL很有限；
应用场景：分布式文件系统或分布式存储
实例：Bigtable, Cassandra, HBase, Hypertable
文档模型：
数据模型：与键值模型类似，value指向结构化数据；
优点：数据格式要求不严格，无需事先定义结构
缺点：查询性能不高，缺乏统一查询语法
应用场景：web应用；
实例：MongoDB, CouchDB
图式模型：
数据模型：图结构模型
优点：利用图结构相关算法提高性能，并足特殊场景应用需求
缺点：难以实现分布式，功能有定向性；
应用场景：社交网络、推荐系统、关系图谱
实例：Neo4J
本文介绍的是mongodb的复制集以及sharding,下面来说一下mongodb为什么要做sharding
越来越大的数据集及不断提升吞吐量的应用程序对单台mongodb服务器来讲是一个挑战————大量的查询很快即能耗尽CPU的计算能力，而较大的数据集存储需求也有可能很快超出单节点的存储能力。最终，工作集的大多超出了系统的RAM并给I/O带去巨大压力。数据库管理系统界解决此类问题通常有两类方案：向上扩展和水平扩展。
sharding即是水平扩展的一种解决方案。它通过将数据集分布于多个也称作分片(shard)的节点上来降低单节点的访问压力。每个分片都是一个独立的数据库，所有的分片组合起来构成一个逻辑上的完整意义的数据库。因此，分片机制降低了每个分片的数据操作量及需要存储的数据量。
要构建一个 MongoDB Sharding Cluster，需要三种角色：
Shard Server：用于存储实际的数据块，也就是元数据，实际生产环境中一个shard server角色可由几台机器组个一个relica set承担，防止主机单点故障
Config Server：存储了整个 Cluster Metadata，其中包括 chunk 信息。
Route Server：前端路由，客户端由此接入，且让整个集群看上去像单一数据库，前端应用可以透明使用。
下面是mongodb sharding的工作原理图：
二，实验环境
3台主机的环境：
192.168.30.116OS:Centos 6.4 x86_64
192.168.30.117OS:Centos 6.4 x86_64
192.168.30.119OS:Centos 6.4 x86_64
下面是主机角色：
下面开始安装mongodb，这里使用通用的二进制包安装
# tar zxvf mongodb-linux-x86_64-2.0.4.tgz -C /usr/local/
# mv /usr/local/mongodb-linux-x86_64-2.0.4 /usr/local/mongodb
# groupadd -r mongod
# useradd -M -r -g mongod -d /mongodb/data -s /bin/false -c mongod mongod
# mkdir /mongodb/data/shard11 -p
# mkdir /mongodb/data/shard21 -p
# mkdir /mongodb/data/config -p
# mkdir -p /var/log/mongo
# chown -R mongod.mongod /mongodb/data/ /var/log/mongo/
# tar zxvf mongodb-linux-x86_64-2.0.4.tgz -C /usr/local/
# mv /usr/local/mongodb-linux-x86_64-2.0.4 /usr/local/mongodb
# groupadd -r mongod
# useradd -M -r -g mongod -d /mongodb/data -s /bin/false -c mongod mongod
# mkdir /mongodb/data/shard12 -p
# mkdir /mongodb/data/shard22 -p
# mkdir /mongodb/data/config -p
# mkdir -p /var/log/mongo
# chown -R mongod.mongod /mongodb/data/ /var/log/mongo/
# tar zxvf mongodb-linux-x86_64-2.0.4.tgz -C /usr/local/
# mv /usr/local/mongodb-linux-x86_64-2.0.4 /usr/local/mongodb
# groupadd -r mongod
# useradd -M -r -g mongod -d /mongodb/data -s /bin/false -c mongod mongod
# mkdir /mongodb/data/shard13 -p
# mkdir /mongodb/data/shard23 -p
# mkdir /mongodb/data/config -p
# mkdir -p /var/log/mongo
# chown -R mongod.mongod /mongodb/data/ /var/log/mongo/
配置mongod
mongod在启动时通过命令行选项或配置文件(如/etc/mongod.conf)接口读取其配置属性。这两种配置接口能够提供相同的功能，因此，管理员可以根据偏好进行选择。如果要通过配置文件读取配置选项，则可以在启动mongod时使用--config或-f选项来指定配置文件的位置。
mongod的基本配置参数
配置mongod的基本工作属性可通过一些常用参数进行。
fork={true|false}: 是否以daemon方式启动mongod，为true表示其启动后其自动转入后台工作；
bind_ip=IP：指定mongod监听的IP地址；
port=PORT：指定mongod监听的端口，默认为27017；
quiet={true|false}：是否工作于静默模式，以最小化的记录日志信息；正常条件下，应该设置为true，仅在调试时才将其设置为false；
dbpath=/PATH/TO/SOMEWHERE：指定mongod存储数据的位置，通常为/data/mongodb、/var/lib/mongodb或/srv/mongodb等；
logpath=/PATH/TO/SOMEFILE：日志文件路径，例如/var/log/mongodb/mongod.log；如果没有指定文件路径，日志信息则会发往标准输出；
logappend={true|false}：设定mongod在启动时是否不覆盖日志文件中的原有日志信息，true表示以追加方式记录日志，即不覆盖；
journal={true|false}：是否启动日志功能；日志功能是保证工作于单实例模式的mongod写入数据持久性的惟一途径；
安全相关的配置参数
数据库服务器的安全机制可有效防范非授权访问。
bind_ip=IP: 指定mongod监听的IP地址；生产环境中，通常需要将其指定为一个可接受外部客户端请求的IP地址，但应该仅开放需要接受客户端请求的IP地址；如果需要指定多个地址，彼此间使用逗号分隔即可；
nounixsocket={true|false}：是否禁用mongodb的Unix套接字功能，默认为启用；主要用于本地通信；
auth={true|false}：是否启用认证功能；如果要启用，远程客户端需要被授权方能访问mongodb服务器；
配置replica sets
# mv /etc/mongod.conf /etc/mongod.conf.bak
# vi /etc/mongod.conf
shardsvr = true
replSet = shard1
port = 27017
dbpath=/mongodb/data/shard11
oplogSize = 100
logpath=/var/log/mongo/shard11.log
logappend = true
fork = true
# mv /etc/mongod.conf /etc/mongod.conf.bak
# vi /etc/mongod.conf
shardsvr = true
replSet = shard1
port = 27017
dbpath=/mongodb/data/shard12
oplogSize = 100
logpath=/var/log/mongo/shard12.log
logappend = true
fork = true
# mv /etc/mongod.conf /etc/mongod.conf.bak
# vi /etc/mongod.conf
shardsvr = true
replSet = shard1
port = 27017
dbpath=/mongodb/data/shard13
oplogSize = 100
logpath=/var/log/mongo/shard13.log
logappend = true
fork = true
启动replica sets
# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /etc/mongod.conf
# netstat -anptl | grep mong
tcp 0 0 0.0.0.0:28017 0.0.0.0:* LISTEN 5888/mongod
tcp 0 0 0.0.0.0:27017 0.0.0.0:*
同样启动node2,node3的shard1
配置shard2用到的replica sets:
# vi /etc/mongod2.conf
shardsvr = true
replSet = shard2
port = 27018
dbpath=/mongodb/data/shard21
oplogSize = 100
logpath=/var/log/mongo/shard21.log
logappend = true
fork = true
# vi /etc/mongod2.conf
shardsvr = true
replSet = shard2
port = 27018
dbpath=/mongodb/data/shard22
oplogSize = 100
logpath=/var/log/mongo/shard22.log
logappend = true
fork = true
# vi /etc/mongod.conf
shardsvr = true
replSet = shard2
port = 27018
dbpath=/mongodb/data/shard23
oplogSize = 100
logpath=/var/log/mongo/shard23.log
logappend = true
fork = true
分别启动node1,node2,node3的shard2
# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /etc/mongod2.conf
# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /etc/mongod2.conf
# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /etc/mongod2.conf
登录其中一个shard1的mongod,初始化复制集
# mongo 192.168.30.116:27017
> config = {_id: 'shard1',members: [
{_id: 0, host: '192.168.30.116:27017'},
{_id: 1, host: '192.168.30.117:27017'},
{_id: 2, host: '192.168.30.119:27017'}]
}
> rs.initiate(config);
# mongo 192.168.30.116:27018
> config = {_id: 'shard2',members: [
{_id: 0, host: '192.168.30.116:27018'},
{_id: 1, host: '192.168.30.117:27018'},
{_id: 2, host: '192.168.30.119:27018'}]
}
> rs.initiate(config);
到此就配置好了二个replica sets，也就是准备好了二个shards
配置三台config server
# vi /etc/config.conf
configsvr = true
port = 20000
dbpath=/mongodb/data/config
logpath=/var/log/mongo/config.log
logappend = true
fork = true
# vi /etc/config.conf
configsvr = true
port = 20000
dbpath=/mongodb/data/config
logpath=/var/log/mongo/config.log
logappend = true
fork = true
# vi /etc/config.conf
configsvr = true
port = 20000
dbpath=/mongodb/data/config
logpath=/var/log/mongo/config.log
logappend = true
fork = true
# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /etc/config.conf
# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /etc/config.conf
# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /etc/config.conf
配置启动mongs
# /usr/local/mongodb/bin/mongos --configdb 192.168.30.116:20000,192.168.30.117:20000,192.168.30.119:20000 --port 30000 --chunkSize 5 --logpath /mongodb/data/mongos.log --logappend --fork
# /usr/local/mongodb/bin/mongos --configdb 192.168.30.116:20000,192.168.30.117:20000,192.168.30.119:20000 --port 30000 --chunkSize 5 --logpath /mongodb/data/mongos.log --logappend --fork
# /usr/local/mongodb/bin/mongos --configdb 192.168.30.116:20000,192.168.30.117:20000,192.168.30.119:20000 --port 30000 --chunkSize 5 --logpath /mongodb/data/mongos.log --logappend --fork
查看是mongod,config,mongos是否启动
# ss -antpl | grep mong
LISTEN 0 128 192.168.30.116:30000 *:* users:(("mongos",3627,14))
LISTEN 0 128 192.168.30.116:28017 *:* users:(("mongod",22036,6))
LISTEN 0 128 192.168.30.116:28018 *:* users:(("mongod",3287,8))
LISTEN 0 128 192.168.30.116:31000 *:* users:(("mongos",3627,13))
LISTEN 0 128 192.168.30.116:20000 *:* users:(("mongod",3487,6))
LISTEN 0 128 192.168.30.116:21000 *:* users:(("mongod",3487,7))
LISTEN 0 128 192.168.30.116:27017 *:* users:(("mongod",22036,7))
LISTEN 0 128 192.168.30.116:27018 *:* users:(("mongod",3287,7))
都已启动成功
连接到其中一个mongos进程，并切换到admin数据库做以下配置：
# /usr/local/mongodb/bin/mongo 192.168.30.116:30000/admin
MongoDB shell version: 2.0.4
connecting to: 192.168.30.116:30000/admin
>db.runCommand( { addshard: "shard1/192.168.30.116:27017,192.168.30.117:27017,192.168.30.119:27017″,name:"s1",maxsize:20480});
>db.runCommand( { addshard: "shard2/192.168.30.116:27018,192.168.30.117:27018,192.168.30.119:27018″,name:"s2",maxsize:20480});
查看加入的2个shard
mongos> db.runCommand( { listshards : 1 } );
{
"shards" : [
{
"_id" : "s1",
"host" : "shard1/192.168.30.116:27017,192.168.30.117:27017,192.168.30.119:27017"
},
{
"_id" : "s2",
"host" : "shard2/192.168.30.116:27018,192.168.30.117:27018,192.168.30.119:27018"
}
],
"ok" : 1
}
启动用数据库分片
mongos> db.runCommand({enablesharding : "testdb"});
{ "ok" : 1 }
指定分片的key
mongos> db.runCommand({shardcollection :"testdb.user",key :{_id:1}});
{ "collectionsharded" : "test.user", "ok" : 1 }
插入20W行数据测试是否分片
mongos> use testdb
switched to db testdb
mongos> for(var i=1;i db.user.stats()
{
"sharded" : true,
"flags" : 1,
"ns" : "testdb.user",
"count" : 70001,
"numExtents" : 7,
"size" : 6160096,
"storageSize" : 11190272,
"totalIndexSize" : 2289280,
"indexSizes" : {
"_id_" : 2289280
},
"avgObjSize" : 88.00011428408166,
"nindexes" : 1,
"nchunks" : 10,
"shards" : {
"s1" : {
"ns" : "testdb.user",
"count" : 0,
"size" : 0,
"storageSize" : 8192,
"numExtents" : 1,
"nindexes" : 1,
"lastExtentSize" : 8192,
"paddingFactor" : 1,
"flags" : 1,
"totalIndexSize" : 8176,
"indexSizes" : {
"_id_" : 8176
},
"ok" : 1
},
"s2" : {
"ns" : "testdb.user",
"count" : 70001,
"size" : 6160096,
"avgObjSize" : 88.00011428408166,
"storageSize" : 11182080,
"numExtents" : 6,
"nindexes" : 1,
"lastExtentSize" : 8388608,
"paddingFactor" : 1,
"flags" : 1,
"totalIndexSize" : 2281104,
"indexSizes" : {
"_id_" : 2281104
},
"ok" : 1
}
},
"ok" : 1
}
以上信息发现数据已经分布在不同分片上
下面模拟自动故障转移功能,在node1关闭shard1
# /usr/local/mongodb/bin/mongod --shutdown --shardsvr --replSet shard1 --port 27017 --dbpath /mongodb/data/shard11
killing process with pid: 22036
# /usr/local/mongodb/bin/mongo 192.168.30.116:30000/testdb
MongoDB shell version: 2.0.4
connecting to: 192.168.30.116:30000/testdb
mongos> db.user.find()
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb007b"), "age" : 1, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb007c"), "age" : 2, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb007d"), "age" : 3, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb007e"), "age" : 4, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb007f"), "age" : 5, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0080"), "age" : 6, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0081"), "age" : 7, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0082"), "age" : 8, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0083"), "age" : 9, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0084"), "age" : 10, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0085"), "age" : 11, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0086"), "age" : 12, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0087"), "age" : 13, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0088"), "age" : 14, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb0089"), "age" : 15, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb008a"), "age" : 16, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb008b"), "age" : 17, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb008c"), "age" : 18, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb008d"), "age" : 19, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
{ "_id" : ObjectId("5338092034594e87a8cb008e"), "age" : 20, "name" : "ljl", "addr" : "beijing", "country" : "china" }
has more
mongos>
以上信息发现数据一切正常
分片注意的几个事项：
选择sharding key的标准：
应该在哪儿存储数据？
应该从哪儿得到希望的数据？
基本法则：
sharding key应该是主键；
sharding key应该能尽量保证避免跨分片查询。
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