MongoDB副本集回滚那些事

回滚（rollback）操作是MongoDB副本集发生一些异常主备切换后可能发生的现象。回滚操作会撤销在当前节点上已执行的一些修改操作。

什么时候会触发回滚

MongoDB副本集节点上有个同步线程，负责拉取需要同步的oplog。被拉取oplog的节点称作同步源。那么，要回滚，首先要有一个同步源。

同步源

链式复制

平时我们都说主备同步主备同步，那同步源肯定是主节点了？其实不一定，MongoDB很早就支持了链式复制，即备节点可以从另外一个备节点拉取oplog，而不只从主节点拉取。这样一来可以减少主节点的负载，二来各节点可以选择离自己近的节点进行同步。当然，在某些情况下，这可能会导致一些备节点的延迟变大。链式复制可以通过以下命令来打开或关闭：

cfg = rs.config()
cfg.settings.chainingAllowed = true/false
rs.reconfig(cfg)

Secondary节点如何选择同步源

Secondary节点会根据以下原则选择一个同步源：

1. 如果之前有通过命令replSetSyncFrom指定了同步源，那么使用此同步源
2. 由于后续需要根据到其他节点的ping值（通过心跳进行统计）信息进行选择，这里会判断一下是否已有足够的信息，需要等待更多的心跳包，如果不需要，继续，否则直接返回，等下次需要选择时再看
3. 如果没有开启Chained Replication（链式复制），那么选择Primary

4. 通过两轮选择，基于以下规则选择一个ping值最低的节点:

   1. 如果自己可以建索引，那么只能从同样可以建索引的节点同步
   2. oplog的时间戳比我新（这里是获取该节点上次心跳包里带的appliedOpTime的时间戳进行比较）
   3. 不在黑名单中(注：何时将同步节点加进黑名单？1. 连接不上该节点，加10s黑名单；2. 落后该节点太多无法继续同步，加1min黑名单)

其中在第一轮选择中，会额外考虑以下条件：

1. 拥有投票权的节点只能从同样拥有投票权的节点同步
2. 不能从hidden节点同步
3. 不能从落后Primary太多(超过配置的maxSyncSourceLagSecs）的节点同步
4. 不能从配置了比自己拥有更大delay的节点同步

如果第一轮没有选出合适的节点，那么再进行第二轮选择，放宽上述条件的限制。

什么时候会触发回滚（续）

回到回滚触发条件。同步线程已经选择出了一个同步源，它向同步源发起一个find请求，查询大于等于其最新的oplog时间戳的oplog。如果发生以下两种情况，那么需要回滚：

1. 在同步源上没有查到比其更新的oplog（我们刚刚通过一系列麻烦的规则选出它作为同步源，但是我们的oplog却比它还新）
2. 返回的的第一条oplog和其最新的oplog的OpTime和hash都不同，注意这里是比较整个OpTime，即除了时间戳之外还包括term，首先会比较term，如果term不同，那就不同

回滚具体流程

回滚之前会获取minvalid集合的数据进行判断当前节点是否处于一致的状态，如果不是则直接assert结束进程。关于minvalid集合的作用，可参见MongoDB中local.replset.minvalid集合的作用。如果允许进行回滚，则执行以下步骤：

1. 记录日志『rollback 0』
2. 进入ROLLBACK状态
3. 记录日志『rollback 1』
4. 向同步源发送一个replSetGetRBID的命令获取一个rollbackId，这个rollbackId是用来在后面判断在rollback过程中同步源自身是否发生回滚，每个节点如果发生rollback，会修改自己的rollbackId。
5. 记录日志『rollback 2 FindCommonPoint』
6. 查找自己和同步源的oplog的commonPoint，这里是从同步源最新的oplog开始逆向查找，比较自己和同步源的最新的oplog的时间，计算相差的秒数，如果超过30分钟，那么放弃rollback；如果本地的oplog时间戳比对方的更新，往前继续找，直到找到时间戳相等的那条。这里每比较一条本地的oplog，都会对oplog的内容进行解析，从而得到回滚所需执行的操作集（包括需要重新从同步源获取的文档、需要重新同步的集合、需要drop的集合、索引等。这里同时也会进行一些判断，如果有发现某条oplog的大小大于512MB，放弃回滚。如果有dropDatabase操作，放弃回滚。）。找到了时间戳相等且hash一致的oplog，就找到了commonPoint。
7. 记录日志『rollback 3 fixup』
8. 自增rollbackId
9. 接下来根据刚刚解析oplog得到的需要重新从同步源获取其最新版本的文档集，从同步源逐个获取，并保存在一个map中。这里会对要回滚的数据总大小进行判断，不能超过300MB。所有文档处理完毕后，从同步源获取其最新的oplog的时间备用
10. 记录日志『rollback 3.5』
11. 再次获取同步源的rollbackId，如果和刚刚得到的不一样，那说明同步源自身也发生了回滚，放弃这次回滚操作
12. 记录日志『rollback 4 n:需要更新的文档个数』
13. 将刚才第9步从同步源得到的最新的oplog的时间戳作为结束时间，插入一个时间戳区间到minvalid集合，表明当前数据处于不一致状态。
14. 如果有需要重新同步整个集合数据或元数据的的，逐个处理（重新同步集合数据的，先drop然后copyCollection；重新同步集合元数据的，获取元数据并更新到本地），此处会记录日志『rollback 4.1.1 coll resync』或『rollback 4.1.2 coll metadata resync』。这里由于可能比较费时，记录日志『rollback 4.2』，然后再一次获取同步源最新的oplog时间戳记录到minvalid集合，并再次判断同步源是否自身发生回滚。如果一切正常，记录日志『rollback 4.3』。
15. 记录日志『rollback 4.6』
16. 处理需要drop的集合（如果有），这里会做collScan将要drop的集合的文档的内容写到rollback目录里的文件中
17. 处理需要drop的索引（如果有）
18. 记录日志『rollback 4.7』
19. 处理刚刚从同步源获取的最新版本的文档集，先将本地的文档写到rollback目录里的文件中，然后删除或更新
20. 记录日志『rollback 5 d:删除的文档数 u:更新的文档数』
21. 记录日志『rollback 6』
22. 清除本地oplog集合中在commonPoint之后的oplog
23. reload本地的最新oplog
24. 记录日志『rollback done』
25. 再次自增自己的rollbackId
26. 记录日志『rollback finished』

3.2.11以前回滚的bug

需要注意的是，当执行完最后一步记录日志『rollback finished』，其实回滚还没真正结束。此时节点会进入RECOVERING状态，minvalid集合中还记录了一个时间戳区间。即节点在回滚过程中记录了需要同步到哪个OpTime，后续等同步线程追上这个时间点后才能变成SECONDARY状态。如果在这时候，发生了同步源切换，比如切换到另外一个同样需要回滚的节点，并且又将刚刚已清除掉的commonPoint之后的oplog给同步回来，那么就可能触发第二次回滚触发assert退出。关于这个bug，MongoDB官方已在3.2.11版本中修复SERVER-25145，修复方法是在选择同步源的时候增加是否包含minvalid中OpTime的判断。我们阿里云数据库MongoDB也已merge了这个bugfix。