mongoDB研究笔记：复制集故障转移机制

hao0089

　　上面的介绍的数据同步（http://www.iyunv.com/guoyuanwei/p/3293668.html）相当于传统数据库中的备份策略，mongoDB在此基础还有自动故障转移的功能。在复制集概述那一节提到过心跳"lastHeartbeat"字段，mongoDB就是靠它来实现自动故障转移的。 mongod实例每隔2秒就向其它成员发送一个心跳包以及通过rs.staus()中返回的成员的”health”值来判断成员的状态。如果出现复制集中primary节点不可用了，那么复制集中所有secondary的节点就会触发一次选举操作，选出一个新的primary节点。如上所配置的复制集中如果primary节点宕机了，那么就会选举secondary节点成为primary节点，arbiter节点只是参与选举其它成员成为primary节点，自己永远不会成为primary节点。如果secondary节点有多个则会选择拥有最新时间截的oplog记录或较高权限的节点成为primary节点。oplog记录在前面复制集概述中已经描述过，关于复制集中节点权限配置的问题可在复制集启动的时候进行设置，也可以在启动后重新配置，这里先略过这一点，集中精力讨论故障转移。
　　如果是某个secondary节点失败了，只要复制集中还有其它secondary节点或arbiter节点存在，就不会发生重新选举primary节点的过程。
　　下面模拟两种失败场景：一是secondary节点的失败，然后过一段时间后重启（时间不能无限期，否则会导致oplog.rs集合严重滞后的问题，需要手动才能同步）；二是primary节点失败，故障转移发生。
　　先分析第一种情况的测试，当前复制集的配置情况如下：
　　（1）rs0:PRIMARY> rs.conf()
　　{
　　"_id" : "rs0",
　　"version" : 3,
　　"members" : [
　　{
　　"_id" : 0,
　　"host" : "Guo:40000" //primary节点
　　},
　　{
　　"_id" : 1,
　　"host" : "Guo:40001" //secondary节点
　　},
　　{
　　"_id" : 2,
　　"host" : "Guo:40002", //arbiter节点
　　"arbiterOnly" : true
　　}
　　]
　　}
　　（2）通过Kill掉secondary节点所在的mongod实例，通过rs.status()命令查看复制集状态，secondary节点状态信息如下：
　　"_id" : 1,
　　"name" : "Guo:40001",
　　"health" : 0,
　　"state" : 8, //表示成员已经down机
　　"stateStr" : "(not reachable/healthy)",
　　"uptime" : 0,
　　"optime" : {
　　"t" : 1376838296,
　　"i" : 1
　　},
　　"optimeDate" : ISODate("2013-08-18T15:04:56Z")
　　（3）接着通过primary节点插入一条记录：
　　rs0:PRIMARY> db.scores.insert({stuid:2,subject:"english",score:100})
　　（4）再次查看复制集状态信息rs.status()，可以看到primary成员节点上oplpog信息如下：
　　"optime" : {
　　"t" : 1376922730,
　　"i" : 1
　　},
　　"optimeDate" : ISODate("2013-08-19T14:32:10Z"),
　　与上面down机的成员节点比较，optime已经不一样，primary节点上要新于down机的节点。
　　（5）重新启动Kill掉的节点
　　>mongod --config E:\mongodb-win32-i386-2.4.3\configs_rs0\rs0_1.conf
　　查询复制集状态信息rs.status()，观看节点"Guo:40001"的状态信息如下：
　　"_id" : 1,
　　"name" : "GUO:40001",
　　"health" : 1,
　　"state" : 2,
　　"stateStr" : "SECONDARY",
　　"uptime" : 136,
　　"optime" : {
　　"t" : 1376922730, //与上面primary节点一致了
　　"i" : 1
　　},
　　"optimeDate" : ISODate("2013-08-19T14:32:10Z"),
　　说明secondary节点已经恢复，并且从primary节点同步到了最新的操作数据。进一步通过查询secondary节点上local数据库上的oplog.rs集合来进行验证，发现多了一条下面这样的记录：
　　{ "ts" : { "t" : 1376922730, "i" : 1 }, "h" : NumberLong("-451684574732211704"),
　　"v" : 2, "op" : "i", "ns" : "students.scores", "o" : { "_id" : ObjectId("52122c
　　6a99c5a3ae472a6900"), "stuid" : 2, "subject" : "english", "score" : 100 } }
　　这正是在primary节点上插入的记录，再次证明数据确实同步过来了。
　　接下来测试第二种情况：
　　（1）将primary节点Kill掉。
　　查询复制集的状态信息rs.status()
　　"name" : "Guo:40000",
　　"health" : 0,
　　"state" : 8,
　　"stateStr" : "(not reachable/healthy)"
　　字段"health"的值为0，说明原来的primary节点已经down机了。
　　"name" : "Guo:40001",
　　"health" : 1,
　　"state" : 1,
　　"stateStr" : "PRIMARY"
　　字段"stateStr"值为"PRIMARY"，说明原来secondary节点变成了primary节点。
　　（2）在新的primary节点上插入一条记录
　　rs0:PRIMARY> db.scores.insert({stuid:3,subject:"computer",score:99})
　　（3）重新恢复"Guo:40000"节点（原来的primary节点）
　　>mongod --config E:\mongodb-win32-i386-2.4.3\configs_rs0\rs0_0.conf
　　再次查看复制集状态rs.status()
　　"name" : "Guo:40000",
　　"health" : 1,
　　"state" : 2,
　　"stateStr" : "SECONDARY",
　　"uptime" : 33,
　　"optime" : {
　　"t" : 1376924110,
　　"i" : 1
　　},
　　当"Guo:40000"实例被重新激活后，变成了secondary节点，oplog也被同步成最新的了。说明当primary节点故障时，复制集能自动转移故障，将其中一个secondary节点变为primary节点，读写操作继续在新的primary节点上进行。原来primary节点恢复后，在复制集中变成了secondary节点。
　　上面两中情况都得到了验证，但是有一点要注意，mongDB默认情况下只能在primary节点上进行读写操作。对于客户端应用程序来说，对复制集的读写操作是透明的，默认情况它总是在primary节点上进行。 mongoDB提供了很多种常见编程语言的驱动程序，驱动程序位于应用程序与mongod实例之间，应用程发起与复制集的连接，驱动程序自动选择primary节点。当primary节点失效，复制集发生故障转移时，复制集将先关闭与所有客户端的socket连接，驱动程序将返回一个异常，应用程序收到这个异常，这个时候需要应用程序开发人员去处理这些异常，同时驱动程序会尝试重新与primary节点建立连接（这个动作对应用程序来说是透明的）。假如这个时候正在发生一个读操作，在异常处理中你可以重新发起读数据命令，因为读操作不会改变数据库的数据；假如这个时候发生的是写操作，情况就变得微妙起来，如果是非安全模式下的写，就会产生不确定因素，写是否成功不确定，如果是安全模式，驱动程序会通过getlasterror命令知道哪些写操作成功了，哪些失败，驱动程序会返回失败的信息给应用程序，针对这个异常信息，应用程序可以决定怎样处置这个写操作，可以重新执行写操作，也可以直接给用户暴出这个错误。