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MongoDB复制集及数据分片详解

2017-11-12 1437
版权
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简介：
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前言

MongoDB是一个由C++语言编写的基于分布式文件存储的数据库，是当前NoSQL数据库中比较热门的一种，旨在为Web应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。本文介绍MongoDB复制集及数据分片。

MongoDB

简介

MongoDB是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库当中功能最丰富，最像关系数据库的。支持的数据结构非常松散，因此可以存储比较复杂的数据类型。最大的特点是其支持的查询语言非常强大，其语法有点类似于面向对象的查询语言，几乎可以实现类似关系数据库单表查询的绝大部分功能，而且还支持对数据建立索引。

特点及功能特性

特点：高性能、易部署、易使用，存储数据非常方便

主要功能特性有：

面向集合存储，易存储对象类型的数据

模式自由

支持动态查询

支持完全索引，包含内部对象

支持查询

支持复制和故障恢复

使用高效的二进制数据存储，包括大型对象（如视频等）

自动处理碎片，以支持云计算层次的扩展性

支持Ruby，Python，Java，C++，PHP等多种语言

文件存储格式为Bson（一种Json的扩展）

可通过网络访问

优缺点

与关系型数据库相比，MongoDB的优点：

弱一致性（最终一致），更能保证用户的访问速度

文档结构的存储方式，能够更便捷的获取数据

内置GridFS，支持大容量的存储

内置Sharding

第三方支持丰富(这是与其他的NoSQL相比，MongoDB也具有的优势)

性能优越

与关系型数据库相比，MongoDB的缺点：

不支持事务操作

占用空间过大

没有成熟的维护工具

MongoDB复制集

复制集

工作特性：

至少三个，且应该为奇数个节点，可使用arbiter（仲裁者）来参与选举

复制集可实现失效自动转移（通过选举方式实现）

复制集的中特殊类型的节点：

0优先级的节点：冷备节点，不会被选举成为主节点，但可以参与选举

被隐藏的从节点：首先是一个0优先级的从节点，且对客户端不可见

延迟复制的从节点：首先是一个0优先级的从节点，且复制时间落后于主节点一个固定时长

arbiter: 仲裁者

复制集架构

wKiom1WjeEzBZzG-AAFIL7klLVc870.jpg

实验拓扑

wKiom1WjiuDwGwjbAAB4f8khcgU434.jpg

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#系统环境：CentOS6.6
#各节点时间已同步

配置过程

安装所需软件

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[root@node1 ~]# cd mongodb/
[root@node1 mongodb]# ls
mongodb-org-server-2.6.10-1.x86_64.rpm  mongodb-org-tools-2.6.10-1.x86_64.rpm
mongodb-org-shell-2.6.10-1.x86_64.rpm
[root@node1 mongodb]# yum install *.rpm -y      #3个包都安装
 
#所有节点都执行以上安装操作

编辑配置文件

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[root@node1 ~]# vim /etc/mongod.conf 
 
logpath=/var/log/mongodb/mongod.log
logappend=true
fork=true
dbpath=/mongodb/data                        #数据位置
pidfilepath=/var/run/mongodb/mongod.pid
#bind_ip=127.0.0.1                          #默认监听本机，注释掉监听所有
httpinterface=true                          #开放web
rest=true
replSet=testSet                             #复制集名，可自定义
replIndexPrefetch=_id_only

同步配置文件至各节点

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[root@node1 ~]# scp /etc/mongod.conf node3:/etc
root@node3's password: 
mongod.conf                                             100% 1567     1.5KB/s   00:00    
[root@node1 ~]# scp /etc/mongod.conf node4:/etc
root@node4's password: 
mongod.conf                                             100% 1567     1.5KB/s   00:00

创建数据目录

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[root@node1 ~]# mkdir /mongodb/data -pv
mkdir: created directory `/mongodb'
mkdir: created directory `/mongodb/data'
[root@node1 ~]# chown -R mongod.mongod /mongodb
 
#各节点都执行以上操作

启动服务

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[root@node1 ~]# service mongod start
Starting mongod:                                           [  OK  ]
[root@node1 mongodb]# ss -tnl | grep 27017
LISTEN     0      128                       *:27017                    *:*   
 
#各节点启动服务，启动过程中需要初始化数据，故启动较慢

连接数据库做初始化

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[root@node1 ~]# mongo
MongoDB shell version: 2.6.10
connecting to: test
Welcome to the MongoDB shell.
For interactive help, type "help".
For more comprehensive documentation, see
    http://docs.mongodb.org/
Questions? Try the support group
    http://groups.google.com/group/mongodb-user
> rs.initiate()
{
    "info2" : "no configuration explicitly specified -- making one",
    "me" : "node1.scholar.com:27017",
    "info" : "Config now saved locally.  Should come online in about a minute.",
    "ok" : 1
}
 
#初始化成功，查看状态信息
> rs.status()
{
    "set" : "testSet",
    "date" : ISODate("2015-07-13T12:33:27Z"),
    "myState" : 1,
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "node1.scholar.com:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",
            "uptime" : 1111,
            "optime" : Timestamp(1436790736, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2015-07-13T12:32:16Z"),
            "electionTime" : Timestamp(1436790737, 1),
            "electionDate" : ISODate("2015-07-13T12:32:17Z"),
            "self" : true
        }
    ],
    "ok" : 1
}
testSet:PRIMARY> 
 
#已成为主节点

添加节点

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testSet:PRIMARY> rs.add("172.16.10.125")
{ "ok" : 1 }
testSet:PRIMARY> rs.add("172.16.10.126")
{ "ok" : 1 }
 
#查看各节点状态
testSet:PRIMARY> rs.status()
{
    "set" : "testSet",
    "date" : ISODate("2015-07-13T12:41:07Z"),
    "myState" : 1,
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "node1.scholar.com:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",
            "uptime" : 1571,
            "optime" : Timestamp(1436791178, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2015-07-13T12:39:38Z"),
            "electionTime" : Timestamp(1436790737, 1),
            "electionDate" : ISODate("2015-07-13T12:32:17Z"),
            "self" : true
        },
        {
            "_id" : 1,
            "name" : "172.16.10.125:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 98,
            "optime" : Timestamp(1436791178, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2015-07-13T12:39:38Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2015-07-13T12:41:06Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2015-07-13T12:41:05Z"),
            "pingMs" : 1,
            "syncingTo" : "node1.scholar.com:27017"
        },
        {
            "_id" : 2,
            "name" : "172.16.10.126:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 89,
            "optime" : Timestamp(1436791178, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2015-07-13T12:39:38Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2015-07-13T12:41:06Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2015-07-13T12:41:06Z"),
            "pingMs" : 1,
            "syncingTo" : "node1.scholar.com:27017"
        }
    ],
    "ok" : 1
}

创建数据，验证是否同步

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#主节点
testSet:PRIMARY> use testdb
switched to db testdb
testSet:PRIMARY> db.students.insert({name: "ZhangSan",age: "21"})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
 
#从节点
testSet:SECONDARY> rs.slaveOk()     #每个从节点首先申明从节点准备完毕才可同步
testSet:SECONDARY> use testdb
switched to db testdb
testSet:SECONDARY> show collections
students
system.indexes
testSet:SECONDARY> db.students.findOne()
{
    "_id" : ObjectId("55a3b494ebcafd9edbdfce4d"),
    "name" : "ZhangSan",
    "age" : "21"
}
#验证从节点是否可写
testSet:SECONDARY> db.classes.insert({class: "2",numstu: "50"})
WriteResult({ "writeError" : { "code" : undefined, "errmsg" : "not master" } })
 
#由此可见，只有主节点才可写

以上便是复制集的相关配置，如果主节点故障，从节点会自动选举出新的主节点，这里就不再演示

数据分片

分片缘由

分片（sharding）是MongoDB用来将大型集合分割到不同服务器（集群）上所采用的方法。当单台服务器CPU，Memory，IO等无法满足需求，就需要将数据分片存放，减缓服务器压力。

分片架构

wKioL1WjvPuQ0HVeAAG3WbZrFqw217.jpg

实验拓扑

wKioL1WjwLeTs5aJAACNKqEdgL8258.jpg

配置过程

因为以上做过实验我们首先来清理一下数据

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[root@node1 ~]# service mongod stop
Stopping mongod:                                           [  OK  ]
[root@node1 ~]# rm -rf /mongodb/data/*
 
#各节点都执行以上操作，若第一次做可忽略

Config Server配置

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#安装所需包
[root@node2 mongodb]# ls
mongodb-org-server-2.6.10-1.x86_64.rpm  mongodb-org-tools-2.6.10-1.x86_64.rpm
mongodb-org-shell-2.6.10-1.x86_64.rpm
[root@node2 mongodb]# yum install *.rpm -y

修改配置文件

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[root@node2 ~]# vim /etc//mongod.conf 
 
logpath=/var/log/mongodb/mongod.log
logappend=true
fork=true
dbpath=/mongodb/data  
configsvr=true                               #开启config server                  
pidfilepath=/var/run/mongodb/mongod.pid
#bind_ip=127.0.0.1                          
httpinterface=true                         
rest=true

创建数据目录

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[root@node2 ~]# mkdir /mongodb/data -pv
mkdir: created directory `/mongodb'
mkdir: created directory `/mongodb/data'
[root@node2 ~]# chown -R mongod.mongod /mongodb

启动服务

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[root@node2 ~]# service mongod start
Starting mongod:                                           [  OK  ]
[root@node2 ~]# ss -tnl | grep 27019
LISTEN     0      128                       *:27019                    *:*     
 
#监听端口已发生改变，不再是27017

Mongos配置

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#安装所需包，Mongos节点只装此包即可，无需装第一次实验中的mongod的相关包
[root@node1 ~]# yum install mongodb-org-mongos-2.6.10-1.x86_64.rpm -y

启动服务

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[root@node1 ~]# mongos --configdb=172.16.10.124 --fork --logpath=/var/log/mongodb/mongos.log
2015-07-13T22:22:47.404+0800 warning: running with 1 config server should be done only fo
r testing purposes and is not recommended for production
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 3583
child process started successfully, parent exiting
 
#--configdb指定config server --logpath指定日志位置 --fork后台运行

Shard配置

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#以为我们第一次实验安装过软件了，下面直接修改配置文件
[root@node3 ~]# vim /etc/mongod.conf 
 
logpath=/var/log/mongodb/mongod.log
logappend=true
fork=true
dbpath=/mongodb/data                      
pidfilepath=/var/run/mongodb/mongod.pid
#bind_ip=127.0.0.1                          
httpinterface=true                         
rest=true
 
[root@node3 ~]# service mongod start
Starting mongod:                                           [  OK  ]
 
#两个shard节点都执行以上操作

Mongos节点添加Shard节点

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[root@node1 ~]# mongo --host 172.16.10.123
MongoDB shell version: 2.6.10
connecting to: 172.16.10.123:27017/test
mongos> sh.addShard("172.16.10.125")
{ "shardAdded" : "shard0000", "ok" : 1 }
mongos> sh.addShard("172.16.10.126")
{ "shardAdded" : "shard0001", "ok" : 1 }
mongos> sh.status()
--- Sharding Status --- 
  sharding version: {
    "_id" : 1,
    "version" : 4,
    "minCompatibleVersion" : 4,
    "currentVersion" : 5,
    "clusterId" : ObjectId("55a3c9ba131b83ff44e19435")
}
  shards:
    {  "_id" : "shard0000",  "host" : "172.16.10.125:27017" }
    {  "_id" : "shard0001",  "host" : "172.16.10.126:27017" }
  databases:
    {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }

对所需对象启用分片功能

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#对数据库启用sharding功能
mongos> sh.enableSharding("testdb")
{ "ok" : 1 }
mongos> sh.status()
--- Sharding Status --- 
  sharding version: {
    "_id" : 1,
    "version" : 4,
    "minCompatibleVersion" : 4,
    "currentVersion" : 5,
    "clusterId" : ObjectId("55a3c9ba131b83ff44e19435")
}
  shards:
    {  "_id" : "shard0000",  "host" : "172.16.10.125:27017" }
    {  "_id" : "shard0001",  "host" : "172.16.10.126:27017" }
  databases:
    {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
    {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
    {  "_id" : "testdb",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
 
#指定需要分片的Collection及索引
mongos> sh.shardCollection("testdb.students",{"age": 1})
{ "collectionsharded" : "testdb.students", "ok" : 1 }
mongos> sh.status()
--- Sharding Status --- 
  sharding version: {
    "_id" : 1,
    "version" : 4,
    "minCompatibleVersion" : 4,
    "currentVersion" : 5,
    "clusterId" : ObjectId("55a3c9ba131b83ff44e19435")
}
  shards:
    {  "_id" : "shard0000",  "host" : "172.16.10.125:27017" }
    {  "_id" : "shard0001",  "host" : "172.16.10.126:27017" }
  databases:
    {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
    {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
    {  "_id" : "testdb",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
        testdb.students
            shard key: { "age" : 1 }
            chunks:
                shard0000   1
            { "age" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "age" : { "$maxKey" : 1 } }
on : shard0000 Timestamp(1, 0)

分片功能已开启，接下来我们手动创建数据来验证是否会分片

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mongos> use testdb
switched to db testdb
mongos> for (i=1;i<=100000;i++) db.students.insert({name:"student"+i,age:(i%120),address:"China"})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
mongos> db.students.find().count()
100000
mongos> sh.status()
--- Sharding Status --- 
  sharding version: {
    "_id" : 1,
    "version" : 4,
    "minCompatibleVersion" : 4,
    "currentVersion" : 5,
    "clusterId" : ObjectId("55a3c9ba131b83ff44e19435")
}
  shards:
    {  "_id" : "shard0000",  "host" : "172.16.10.125:27017" }
    {  "_id" : "shard0001",  "host" : "172.16.10.126:27017" }
  databases:
    {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
    {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
    {  "_id" : "testdb",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
        testdb.students
            shard key: { "age" : 1 }
            chunks:
                shard0001   1
                shard0000   2
            { "age" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "age" : 1 } on : shard0001 Timestamp(2, 0) 
            { "age" : 1 } -->> { "age" : 119 } on : shard0000 Timestamp(2, 2) 
            { "age" : 119 } -->> { "age" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(2, 3)

查看数据状态会发现数据已被分到不同shard上，至此，数据分片成功实现

The end

MongoDB复制集及数据分片就先说到这里了，通过以上简单应用可以看出，MongoDB在大数据处理方面比关系型数据库略胜一筹，但由于MongoDB目前还处在发展阶段，在实际生产环境中还有许多问题有待解决，不过相信在未来MongoDB会更加出色。以上仅为个人学习整理，如有错漏，大神勿喷~~~



本文转自 北城书生  51CTO博客，原文链接:http://blog.51cto.com/scholar/1673939


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