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[经验分享] 搭建高可用MongoDB集群（分片）

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yyert
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发表于 2017-12-6 10:52:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、概述1.1 背景
为解决mongodb在replica set每个从节点上面的数据库均是对数据库的全量拷贝，从节点压力在高并发大数据量的场景下存在很大挑战，同时考虑到后期mongodb集群的在数据压力巨大时的扩展性，应对海量数据引出了分片机制。
1.2 分片概念
分片是将数据库进行拆分，将其分散在不同的机器上的过程，无需功能强大的服务器就可以存储更多的数据，处理更大的负载，在总数据中，将集合切成小块，将这些块分散到若干片中，每个片只负载总数据的一部分，通过一个知道数据与片对应关系的组件mongos的路由进程进行操作。
1.3 基础组件
其利用到了四个组件：mongos，config server，shard，replica set
mongos：数据库集群请求的入口，所有请求需要经过mongos进行协调，无需在应用层面利用程序来进行路由选择，mongos其自身是一个请求分发中心，负责将外部的请求分发到对应的shard服务器上，mongos作为统一的请求入口，为防止mongos单节点故障，一般需要对其做HA。
config server：配置服务器，存储所有数据库元数据（分片，路由）的配置。mongos本身没有物理存储分片服务器和数据路由信息，只是存缓存在内存中来读取数据，mongos在第一次启动或后期重启时候，就会从config server中加载配置信息，如果配置服务器信息发生更新会通知所有的mongos来更新自己的状态，从而保证准确的请求路由，生产环境中通常也需要多个config server，防止配置文件存在单节点丢失问题。
shard：在传统意义上来讲，如果存在海量数据，单台服务器存储1T压力非常大，无论考虑数据库的硬盘，网络IO，又有CPU，内存的瓶颈，如果多台进行分摊1T的数据，到每台上就是可估量的较小数据，在mongodb集群只要设置好分片规则，通过mongos操作数据库，就可以自动把对应的操作请求转发到对应的后端分片服务器上。
replica set：在总体mongodb集群架构中，对应的分片节点，如果单台机器下线，对应整个集群的数据就会出现部分缺失，这是不能发生的，因此对于shard节点需要replica set来保证数据的可靠性，生产环境通常为2个副本+1个仲裁。
1.4 架构图
D:/%E6%96%87%E4%BB%B6/YDdata/18329903316@163.com/27ee248eea3e445988ecccceae6417c9/clipboard.png watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
二、安装部署
2.1 基础环境
为了节省服务器，采用多实例配置，三个mongos，三个config server，单个服务器上面运行不通角色的shard（为了后期数据分片均匀，将三台shard在各个服务器上充当不同的角色。），在一个节点内采用replica set保证高可用，对应主机与端口信息如下：

主机名
IP地址
组件mongos
组件config server
shard


mongodb-1



172.20.6.10



  端口：20000


端口：21000

主节点：   22001
副本节点：22002
仲裁节点：22003

mongodb-2

172.20.6.11

  端口：20000

端口：21000
仲裁节点：22001
主节点：   22002
副本节点：22003

mongodb-3

172.20.6.12

  端口：20000

端口：21000
副本节点：22001
仲裁节点：22002
主节点：   22003
watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
2.2、安装部署
2.2.1 软件下载目录创建
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wget -c https://fastdl.mongodb.org/linux ... 4-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 创建目录
分别在mongodb-1/mongodb-2/mongodb-3创建目录及日志文件
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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版本后要求配置服务器也创建为副本集，在此副本集名称：replconf
在三台服务器上配置config server副本集配置文件，并启动服务
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cat>/data/mongodb/mongoconf/conf/mongoconf.conf<<EOFdbpath=/data/mongodb/mongoconf/data
logpath=/data/mongodb/mongoconf/log/mongoconf.log        #定义config server日志文件
logappend=true
port = 21000
maxConns = 1000            #链接数
journal = true            #日志开启
journalCommitInterval = 200
fork = true            #后台执行
syncdelay = 60
oplogSize = 1000
configsvr = true        #配置服务器
replSet=replconf        #config server配置集replconf
EOF

mongod -f /data/mongodb/mongoconf/conf/mongoconf.conf        #三台服务器均启动config server



watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
任意登录一台服务器进行配置服务器副本集初始化
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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);



watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
查看集群状态：
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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
}



此时config server集群已经配置完成，mongodb-1为primary，mongdb-2/mongodb-3为secondary
2.2.4 配置shard集群
三台服务器均进行shard集群配置
shard1配置
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cat >/data/mongodb/shard1/conf/shard.conf <<EOF
dbpath=/data/mongodb/shard1/data
logpath = /data/mongodb/shard1/log/shard1.log
port = 22001
logappend = true
nohttpinterface = true
fork = true
oplogSize = 4096
journal = true
#engine = wiredTiger
#cacheSizeGB = 38G
smallfiles=true
shardsvr=true        #shard服务器
replSet=shard1        #副本集名称shard1
EOF

mongod -f /data/mongodb/shard1/conf/shard.conf        #启动shard服务



watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
查看此时服务已经正常启动，shard1的22001端口已经正常监听，接下来登录mongodb-1服务器进行shard1副本集初始化
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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);



watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
查看集群状态，只列出了部分信息：
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{
            "_id" : 0,
            "name" : "172.20.6.10:22001",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",            #mongodb-1为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为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为secondary
            "uptime" : 45,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1512373911, 1),
                "t" : NumberLong(1)
            },



此时shard1 副本集已经配置完成，mongodb-1为primary，mongodb-2为arbiter，mongodb-3为secondary。
同样的操作进行shard2配置和shard3配置
注意：进行shard2的副本集初始化，在mongodb-2， 初始化shard3副本集在mongodb-3上进行操作。
shard2配置文件
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cat >/data/mongodb/shard2/conf/shard.conf <<EOF
dbpath=/data/mongodb/shard2/data
logpath = /data/mongodb/shard2/log/shard2.log
port = 22002
logappend = true
nohttpinterface = true
fork = true
oplogSize = 4096
journal = true
#engine = wiredTiger
#cacheSizeGB = 38G
smallfiles=true
shardsvr=true
replSet=shard2
EOF

mongod -f /data/mongodb/shard2/conf/shard.conf



shard3配置文件
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cat >/data/mongodb/shard3/conf/shard.conf <<EOF
dbpath=/data/mongodb/shard3/data
logpath = /data/mongodb/shard3/log/shard3.log
port = 22003
logappend = true
nohttpinterface = true
fork = true
oplogSize = 4096
journal = true
#engine = wiredTiger
#cacheSizeGB = 38G
smallfiles=true
shardsvr=true
replSet=shard3
EOF

mongod -f /data/mongodb/shard2/conf/shard.conf



watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
在mongodb-2上进行shard2副本集初始化
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mongo 172.20.6.11:22002    #登录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副本集状态
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{
            "_id" : 0,
            "name" : "172.20.6.10:22002",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",        #mongodb-2为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为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为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
        }



登录mongodb-3进行shard3副本集初始化
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mongo 172.20.6.12:22003    #登录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副本集状态
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{
            "_id" : 0,
            "name" : "172.20.6.10:22003",
            "health" : 1,
            "state" : 7,
            "stateStr" : "ARBITER",        #mongodb-1为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为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为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
        }



此时shard集群全部已经配置完毕。
2.2.5 配置路由服务器mongos
目前三台服务器的配置服务器和分片服务器均已启动，配置三台mongos服务器
由于mongos服务器的配置是从内存中加载，所以自己没有存在数据目录configdb连接为配置服务器集群

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cat >/data/mongodb/mongos/conf/mongos.conf<<EOF
--logpath=/data/mongodb/mongos/log/mongos.log
logappend=true
port = 20000
maxConns = 1000
configdb=replconf/172.20.6.10:21000,172.20.6.11:21000,172.20.6.12:21000    #制定config server集群
fork = true
EOF

mongos -f /data/mongodb/mongos/conf/mongos.conf        #启动mongos服务



watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
目前config server集群/shard集群/mongos服务均已启动，但此时为设置分片，还不能使用分片功能。需要登录mongos启用分片
登录任意一台mongos
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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"})



watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
查看集群
watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
三、 测试
目前配置服务、路由服务、分片服务、副本集服务都已经串联起来了，此时进行数据插入，数据能够自动分片。连接在mongos上让指定的数据库、指定的集合分片生效。
注意：设置分片需要在admin数据库进行
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use admin
db.runCommand( { enablesharding :"kaliarchdb"});    #开启kaliarch库分片功能
db.runCommand( { shardcollection : "kaliarchdb.table1",key : {_id:"hashed"} } )    #指定数据库里需要分片的集合tables和片键_id



设置kaliarchdb的 table1 表需要分片，根据 _id 自动分片到 shard1 ，shard2，shard3 上面去。
watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg

查看分片信息
watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
测试插入数据
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use kaliarchdb;
for (var i = 1; i <= 100000; i++) db.table1.save({_id:i,"test1":"testval1"});



watermark,size_16,text_QDUxQ1RP5Y2a5a6i,color_FFFFFF,t_100,g_se,x_10,y_10,shadow_90,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk=.jpg
查看分片情况：（省去部分信息）
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db.table1.stats()
{
    "sharded" : true,
    "capped" : false,
    "ns" : "kaliarchdb.table1",
    "count" : 100000,        #总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数
            "avgObjSize" : 38,
            "storageSize" : 450560,
            "capped" : false,
            ......

    "shard2" : {
                "ns" : "kaliarchdb.table1",
                "size" : 1259434,
                "count" : 33143,        #shard2的count数
                "avgObjSize" : 38,
                "storageSize" : 442368,
                "capped" : false,
            .......
    "shard3" : {
            "ns" : "kaliarchdb.table1",
            "size" : 1257876,   
            "count" : 33102,            #shard3的count数
            "avgObjSize" : 38,
            "storageSize" : 442368,
            "capped" : false,



此时架构中的mongos，config server，shard集群均已经搭建部署完毕，在实际生成环境话需要对前端的mongos做高可用来提示整体高可用。

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