MongoDB是一个面向文档的NoSQL数据库，其存储原理在不同的存储引擎下可能会有所不同。MongoDB的两个主要存储引擎是MMAPv1（已弃用）和WiredTiger。
以下是对这两个存储引擎的存储原理的简要说明：
- MMAPv1 存储引擎（已弃用）： MMAPv1引擎使用了内存映射文件（MMAP）的概念，通过将磁盘文件映射到进程的虚拟内存空间，直接在内存中访问文件内容，而不需要进行显式的I/O操作。这个引擎已经在MongoDB 4.0版本中被弃用，不再建议使用。
- 文件结构：数据存储在数据文件（.ns和.0文件）中，索引存储在.ns和.bson文件中。.ns文件包含了命名空间（namespace）信息，其中记录了集合的元数据，如集合名称、索引信息等。.0文件包含了实际的文档数据。
- 内存映射：MongoDB使用内存映射文件的方式将数据文件和索引文件映射到内存中。读取数据时，MongoDB直接从内存中访问数据，写入数据时，操作会被追加到日志文件中，然后由操作系统的内存管理机制处理数据的持久化。
MongoDB使用了MMAP（Memory-Mapped Files）作为其默认存储引擎，这意味着它利用了操作系统的内存映射文件机制来管理数据存储。MMAP允许MongoDB将文件直接映射到其地址空间，从而可以直接通过内存访问文件内容，而无需进行显式的读写操作。让我们深入了解MongoDB的MMAP底层原理：
- 内存映射文件（MMAP）： 内存映射文件是操作系统提供的一种机制，它将文件的内容映射到进程的虚拟内存地址空间中。这样做的好处是，MongoDB可以像访问内存一样直接访问磁盘上的数据，而无需进行繁琐的读写操作。操作系统负责将数据从磁盘读取到内存中，并在必要时将数据刷新回磁盘。
- 数据文件和日志文件： 在MongoDB中，数据存储在数据文件和日志文件中。数据文件存储实际的文档数据，而日志文件用于持久化写操作，以便在故障恢复时重新应用这些操作。
- 存储引擎结构： MMAP存储引擎包含以下几个核心组件：
- 文件句柄（file handle）：MongoDB使用文件句柄打开数据文件和日志文件。
- 内存映射区域（memory-mapped regions）：文件通过内存映射区域映射到进程的虚拟内存空间。
- 内存映射区域管理器（mmapv1 memory map manager）：这是MongoDB的组件之一，用于管理内存映射区域。它负责将数据从磁盘加载到内存，并在需要时将数据刷新回磁盘。
- 数据视图（data view）：MongoDB使用数据视图来处理对数据文件的读写操作。
- 读取数据： 当MongoDB需要读取数据时，它会通过内存映射区域将数据文件的特定部分映射到内存中。一旦数据被映射到内存，MongoDB可以直接访问它，就像在内存中读取数据一样快速。
- 写入数据： 写入数据时，MongoDB首先将写入操作追加到日志文件中，这称为Write-Ahead Logging（WAL）策略。然后，操作系统会异步地将日志数据刷新到磁盘中。同时，数据文件保持不变，直到被操作系统的内存管理机制所处理。
- 数据同步和持久化： MongoDB使用操作系统的缓存来管理数据的读取和写入。对于写入操作，如果设置了writeConcern选项，MongoDB将确保写入被持久化到磁盘中，然后返回成功响应。这样可以确保即使在发生故障的情况下，数据的写入也不会丢失。
需要注意的是，自MongoDB 3.0版本起，MMAP存储引擎被推荐为仅供测试使用，并且默认存储引擎改为了WiredTiger。WiredTiger提供了更好的性能、复制和压缩等功能。以上是MongoDB MMAP存储引擎的简要底层原理，如果你正在考虑使用MongoDB，请考虑使用较新的存储引擎，如WiredTiger。
- WiredTiger 存储引擎： 自MongoDB 3.0版本起，默认的存储引擎变更为WiredTiger，它是一个现代化的、高性能的存储引擎。
- 压缩技术：WiredTiger支持数据的压缩，通过压缩可以节省存储空间，提高数据读写的效率。
- 多版本并发控制（MVCC）：WiredTiger使用MVCC来支持多个并发事务。每个事务在读取数据时会创建一个快照，因此不会被其他事务的写操作干扰。
- 数据文件结构：WiredTiger将数据存储在B树数据结构中，这使得查询和索引的效率都得到了优化。
- Checkpoint：WiredTiger周期性地将内存中的数据刷新到磁盘上的数据文件，并创建检查点以保障数据的持久性和一致性。
- 日志：WiredTiger使用Write-Ahead Logging（WAL）策略，将写操作先写入日志文件，然后再应用到数据文件，从而保证数据的安全性和持久性。
总的来说，MongoDB的存储原理涵盖了数据文件的组织、内存映射、索引结构、数据压缩、并发控制等多个方面，以提供高性能、可靠的数据存储和检索机制。WiredTiger引擎相对于MMAPv1引擎具有更好的性能、可扩展性和功能，因此它是推荐使用的存储引擎。
