MongoDB的數(shù)據(jù)復(fù)制分片

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一：MongoDB的簡介：

    MongoDB是一個高性能，開源，無模式的文檔型數(shù)據(jù)庫，是當(dāng)前NoSql數(shù)據(jù)庫中比較熱門的一種。它在許多場景下可用于替代傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫或鍵/值存儲方式。而且可以很容易的和JSON類的數(shù)據(jù)結(jié)合，他不支持事務(wù)，但支持自動分片功能，這對大數(shù)據(jù)的分布式存儲有著十分重要的作用。

二：MongoDB的索引類型：

    單字段索引：

    組合索引（多字段索引）：對多個key做索引

    多鍵索引：對key和value中的key做索引

    空間索引：基于位置做索引

    文本索引：全文搜索

    hash索引：僅支持精確值查找

    稀疏索引（sparse）：不為每一個值做索引，一般得是順序排放才可以做稀疏索引

三：MongoDB的復(fù)制功能：

    MongoDB有兩種復(fù)制類型：Master/Slave主從和replica set副本集復(fù)制，但是由于MongoDB的特性，主從復(fù)制架構(gòu)已經(jīng)基本放棄，比較常見的就是副本集復(fù)制方式

    replica set的工作特性：

    1，復(fù)制集可以實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)移 heartbeat超時，自動失效轉(zhuǎn)移（通過選舉方式實現(xiàn)）

    2，至少有3個節(jié)點，且奇數(shù)個節(jié)點，可以使用arbiter來參與選舉

    復(fù)制集中的特殊類型的節(jié)點分類：

    0優(yōu)先級的節(jié)點：冷備節(jié)點，不會被選舉成為主節(jié)點，但可以參與選舉

    被隱藏的從節(jié)點：首先是一個0優(yōu)先級的從節(jié)點，擁有選舉權(quán)，不會被客戶端直接訪問到

    延遲復(fù)制的從節(jié)點：是一個0優(yōu)先級的從節(jié)點，不能被選為主節(jié)點，且復(fù)制時間落后與主節(jié)點一個固定的時長。

    arbiter：仲裁者，沒有數(shù)據(jù)，不可能成為主節(jié)點。

實驗內(nèi)容：

一，實現(xiàn)MongoDB數(shù)據(jù)的復(fù)制

實驗?zāi)Ｐ停?/strong>

實驗環(huán)境：

node1：172.16.18.1 MongoDB   centos6.5

node2：172.16.18.2 MongoDB   centos6.5

node3：172.16.18.3 MongoDB   centos6.5

實驗內(nèi)容：

首先要確定各節(jié)點的時間一致

1.1 MongoDB安裝：分別在node1，node2，node3節(jié)點安裝一下三個包

mogodb安裝需要：一下三個包

    mongodb-org-shell-2.6.4-1.x86_64.rpm

    mongodb-org-tools-2.6.4-1.x86_64.rpm

    mongodb-org-server-2.6.4-1.x86_64.rpm

編輯服務(wù)器的配置文件，/etc/mongod.conf

logpath=/var/log/mongodb/mongod.log            #日志的路徑
logappend=true                                                 #開啟日志
fork=true                                                            
#port=27017                                                     #默認(rèn)監(jiān)聽的端口
#dbpath=/var/lib/mongo                                   #默認(rèn)的數(shù)據(jù)路徑
dbpath=/mongodb/data                                     #自定義的數(shù)據(jù)路徑
pidfilepath=/var/run/mongodb/mongod.pid
#bind_ip=127.0.0.1                                           #定義綁定IP，也就是監(jiān)聽那些IP可來鏈接服務(wù)器，注銷是允許所有。
httpinterface=true                                              #開放web頁面，
rest=true
replSet=testset
replIndexPrefetch=_id_only

配置好后將配置分別發(fā)送到其他兩個節(jié)點，并創(chuàng)建數(shù)據(jù)目錄，修改權(quán)限

mkdir /mongodb/data/ -pv  
chown -R mongod.mongod /mongodb/

全部啟動：可能啟動會比較慢，那是因為要初始化數(shù)據(jù)

1.2鏈接到數(shù)據(jù)庫

[root@node2 ~]# mongo    
MongoDB shell version: 2.6.4    
connecting to: test    
> rs.status()    
{    
"startupStatus" : 3,    
"info" : "run rs.initiate(...) if not yet done for the set",    
"ok" : 0,    
"errmsg" : "can't get local.system.replset config from self or any seed (EMPTYCONFIG)"  
}

使用rs.status()查看狀態(tài)，有3個節(jié)點，但是都沒有初始化配置。需要運行rs.initiate()

1.3運行rs.initiate()

> rs.initiate()
{
"info2" : "no configuration explicitly specified -- making one",
"me" : "node2.aolens.com:27017",
"info" : "Config now saved locally. Should come online in about a minute.",
"ok" : 1
}
testset:OTHER> rs.status()
{
"set" : "testset",
"date" : ISODate("2014-10-12T07:51:58Z"),
"myState" : 1,
"members" : [
  {
   "_id" : 0,
   "name" : "node2.aolens.com:27017",
   "health" : 1,
   "state" : 1,
   "stateStr" : "PRIMARY",
   "uptime" : 920,
   "optime" : Timestamp(1413100302, 1),
   "optimeDate" : ISODate("2014-10-12T07:51:42Z"),
   "electionTime" : Timestamp(1413100302, 2),
   "electionDate" : ISODate("2014-10-12T07:51:42Z"),
   "self" : true
  }
],
"ok" : 1
}
testset:PRIMARY>

可以看到添加了一個節(jié)點node2，也就是自己，且是primary節(jié)點。以及所有的狀態(tài)

1.4添加其他兩個節(jié)點

testset:PRIMARY> rs.add("node1.aolens.com")
{ "ok" : 1 }
testset:PRIMARY> rs.add("node3.aolens.com")
{ "ok" : 1 }
用rs.status（）查看
testset:PRIMARY> rs.status()
{
"set" : "testset",
"date" : ISODate("2014-10-12T08:03:48Z"),
"myState" : 1,
"members" : [
  {
   "_id" : 0,
   "name" : "node2.aolens.com:27017",
   "health" : 1,
   "state" : 1,
   "stateStr" : "PRIMARY",
   "uptime" : 1630,
   "optime" : Timestamp(1413101019, 1),
   "optimeDate" : ISODate("2014-10-12T08:03:39Z"),
   "electionTime" : Timestamp(1413100302, 2),
   "electionDate" : ISODate("2014-10-12T07:51:42Z"),
   "self" : true
  },
  {
   "_id" : 1,
   "name" : "node1.aolens.com:27017",
   "health" : 1,
   "state" : 5,
   "stateStr" : "STARTUP2",
   "uptime" : 17,
   "optime" : Timestamp(0, 0),
   "optimeDate" : ISODate("1970-01-01T00:00:00Z"),
   "lastHeartbeat" : ISODate("2014-10-12T08:03:46Z"),
   "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2014-10-12T08:03:47Z"),
   "pingMs" : 224
  },
  {
   "_id" : 2,
   "name" : "node3.aolens.com:27017",
   "health" : 1,
   "state" : 6,
   "stateStr" : "UNKNOWN",
   "uptime" : 8,
   "optime" : Timestamp(0, 0),
   "optimeDate" : ISODate("1970-01-01T00:00:00Z"),
   "lastHeartbeat" : ISODate("2014-10-12T08:03:47Z"),
   "lastHeartbeatRecv" : ISODate("1970-01-01T00:00:00Z"),
   "pingMs" : 905,
   "lastHeartbeatMessage" : "still initializing"
  }
],
"ok" : 1
}

有沒有發(fā)現(xiàn)新加的這兩個節(jié)點狀態(tài)不對？沒有關(guān)系，可能是還沒有同步過來，稍等在刷新試試

"name" : "node1.aolens.com:27017",

"stateStr" : "SECONDARY",

"name" : "node3.aolens.com:27017",

"stateStr" : "SECONDARY",

再刷新時添加的兩個節(jié)點都成為了secondary。

1.5我們在主節(jié)點來創(chuàng)建一些數(shù)據(jù)

testset:PRIMARY> use test
switched to db test
testset:PRIMARY> for (i=1;i<=1000;i++) db.students.insert({name:"student"+i,age:(i%100)})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
連接到從節(jié)點來看一下
[root@node1 ~]# mongo    
MongoDB shell version: 2.6.4    
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    
testset:SECONDARY> use test    
switched to db test    
testset:SECONDARY> show collections    
2014-10-11T14:52:57.103+0800 error: { "$err" : "not master and slaveOk=false", "code" : 13435 } at src/mongo/shell/query.js:131    
#提示需要不是主節(jié)點，沒有slaveOK不讓查看，那么便在當(dāng)前節(jié)點指定slaveOK，便可以了
testset:SECONDARY> rs.slaveOk()
testset:SECONDARY> show collections
students
system.indexes
可以使用rs.isMaster()查詢主節(jié)點是誰
testset:SECONDARY> rs.isMaster()
{
"setName" : "testset",
"setVersion" : 3,
"ismaster" : false,
"secondary" : true,
"hosts" : [
  "node1.aolens.com:27017",
  "node3.aolens.com:27017",
  "node2.aolens.com:27017"
],
"primary" : "node2.aolens.com:27017",         ＃主節(jié)點是誰
"me" : "node1.aolens.com:27017",              ＃自己是誰
"maxBsonObjectSize" : 16777216,
"maxMessageSizeBytes" : 48000000,
"maxWriteBatchSize" : 1000,
"localTime" : ISODate("2014-10-11T07:00:03.533Z"),
"maxWireVersion" : 2,
"minWireVersion" : 0,
"ok" : 1
}

1.6如果主節(jié)點離線，從節(jié)點會自動選出主節(jié)點

testset:PRIMARY> rs.stepDown()
2014-10-12T17:00:12.869+0800 DBClientCursor::init call() failed
2014-10-12T17:00:12.896+0800 Error: error doing query: failed at src/mongo/shell/query.js:81
2014-10-12T17:00:12.914+0800 trying reconnect to 127.0.0.1:27017 (127.0.0.1) failed
2014-10-12T17:00:12.945+0800 reconnect 127.0.0.1:27017 (127.0.0.1) ok
testset:SECONDARY>

可以看到主節(jié)點的primary變成了secondary

其他兩個節(jié)點中的一個變?yōu)橹鞴?jié)點，這就是自動轉(zhuǎn)移

副本集的重新選舉的條件有：心態(tài)信息，優(yōu)先級，optime,網(wǎng)絡(luò)連接等

1.7還可以修改優(yōu)先級來實現(xiàn)主從切換

testset:PRIMARY> rs.conf()            #查看配置
{
"_id" : "testset",
"version" : 3,
"members" : [
  {
   "_id" : 0,
   "host" : "node2.aolens.com:27017"
  },
  {
   "_id" : 1,
   "host" : "node1.aolens.com:27017"
  },
  {
   "_id" : 2,
   "host" : "node3.aolens.com:27017"
  }
]
}
testset:PRIMARY> cfg=rs.conf()            #將配置信息保存在變量中
{
"_id" : "testset",
"version" : 3,
"members" : [
  {
   "_id" : 0,
   "host" : "node2.aolens.com:27017"
  },
  {
   "_id" : 1,
   "host" : "node1.aolens.com:27017"
  },
  {
   "_id" : 2,
   "host" : "node3.aolens.com:27017"
  }
]
}
testset:PRIMARY> cfg.members[1].priority=2            #修改id=1的主機(jī)優(yōu)先級為2
2
testset:PRIMARY> rs.reconfig(cfg)                              #應(yīng)用cfg文件
2014-10-12T05:15:59.916-0400 DBClientCursor::init call() failed
2014-10-12T05:15:59.988-0400 trying reconnect to 127.0.0.1:27017 (127.0.0.1) failed
2014-10-12T05:16:00.015-0400 reconnect 127.0.0.1:27017 (127.0.0.1) ok
reconnected to server after rs command (which is normal)
testset:SECONDARY>                                                    #主動變?yōu)閺墓?jié)點
而id=1的是node1.aolens.com主機(jī)，自己變?yōu)閜rimary主機(jī)
testset:SECONDARY>
testset:PRIMARY>

1.8，如何要設(shè)定仲裁節(jié)點

rs.addArb(hostportstr)表示將一個節(jié)點加進(jìn)來時就是仲裁節(jié)點。

我們移除當(dāng)前的node3節(jié)點

testset:PRIMARY> rs.remove("node3.aolens.com")

刪除/mongodb/data下的數(shù)據(jù)，重新初始化，

testset:PRIMARY> rs.addArb("node3.aolens.com")

二，實現(xiàn)MongoDB數(shù)據(jù)的的切片

MongoDB的分片（sharding）:

    為什么要分片：CPU,Memory,IO等無法滿足要求。

    橫行拓展：就需要將數(shù)據(jù)分片放到不同的節(jié)點

    為了保證shard的大小均衡：是將主節(jié)點的數(shù)據(jù)按照順序分成大小相同的塊，分別存在不同的sharding節(jié)點上。

分片架構(gòu)中的角色：

    mongos:Router服務(wù)器

    config server：元數(shù)據(jù)服務(wù)器

    shard:數(shù)據(jù)節(jié)點，也成mongod實例

分片需要滿足：寫離散，讀集中的思想

實驗環(huán)境：

node1:172.16.18.1 mongos router節(jié)點

node2:172.16.18.2 mongod shard節(jié)點

node3:172.16.18.3 mongod shard節(jié)點

node4:172.16.17.12 config server

實驗?zāi)Ｐ停?/span>

實驗內(nèi)容：

2.1首先來配置config server

其實config server也就是mongod，只是要指明他就是config server

logpath=/var/log/mongodb/mongod.log
logappend=true
fork=true
#port=27017
dbpath=/mongodb/data
pidfilepath=/var/run/mongodb/mongod.pid
啟動config server節(jié)點。會發(fā)現(xiàn)他監(jiān)聽在27019端口
[root@node3 mongodb-2.6.4]# service mongod start    
Starting mongod: [ OK ]    
[root@node3 mongodb-2.6.4]# ss -tnl    
State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:Port    
LISTEN 0 128 *:27019 *:*

2.2配置router節(jié)點

安裝mongodb-org-mongos.x86_64程序包

直接啟動即可：

[root@node1 ~]# mongos --configdb=172.16.17.12:27019 --fork --logpath=/var/log/mongodb/mongos.log
2014-10-11T20:29:43.617+0800 warning: running with 1 config server should be done only for testing purposes and is not recommended for production
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 8766
child process started successfully, parent exiting

啟動成功

需要指定config server的地址 --fork后臺運行，--logpath指明log位置

2.3配置shard節(jié)點，shard節(jié)點就是正常的mongod節(jié)點，無需什么多的配置

logpath=/var/log/mongodb/mongod.log
logappend=true
fork=true
#port=27017
dbpath=/mongodb/data
pidfilepath=/var/run/mongodb/mongod.pid

啟動node2，node3

2.4鏈接在mongos上查看

[root@node1 ~]# mongo --host 172.16.18.1    MongoDB shell version: 2.6.4    connecting to: 172.16.18.1:27017/test
添加兩個shard節(jié)點：   mongos> sh.addShard("172.16.18.2")
{ "shardAdded" : "shard0000", "ok" : 1 }
mongos> sh.addShard("172.16.18.3")
{ "shardAdded" : "shard0001", "ok" : 1 }
mongos> sh.status()
--- Sharding Status ---
  sharding version: {
"_id" : 1,
"version" : 4,
"minCompatibleVersion" : 4,
"currentVersion" : 5,
"clusterId" : ObjectId("543922b81aaf92ac0f9334f8")
}
  shards:
{ "_id" : "shard0000", "host" : "172.16.18.2:27017" }
{ "_id" : "shard0001", "host" : "172.16.18.3:27017" }
  databases:
{ "_id" : "admin", "partitioned" : false, "primary" : "config" }

對數(shù)據(jù)分片是需要分片的一般為大數(shù)據(jù)，如果一個collection中的數(shù)據(jù)很少，就沒有必要做shard，而未做分片的數(shù)據(jù)會放在主shard上。

下來我們先來啟動shard功能

mongos> sh.status()
--- Sharding Status ---
  sharding version: {
"_id" : 1,
"version" : 4,
"minCompatibleVersion" : 4,
"currentVersion" : 5,
"clusterId" : ObjectId("543922b81aaf92ac0f9334f8")
}
  shards:
{ "_id" : "shard0000", "host" : "172.16.18.2:27017" }
{ "_id" : "shard0001", "host" : "172.16.18.3:27017" }
  databases:
{ "_id" : "admin", "partitioned" : false, "primary" : "config" }
{ "_id" : "test", "partitioned" : false, "primary" : "shard0000" }
{ "_id" : "testdb", "partitioned" : true, "primary" : "shard0000" }

下來我們手動分片試試

mongos> sh.shardCollection("testdb.students",{"age":1})            #對age來分片
{ "collectionsharded" : "testdb.students", "ok" : 1 }
mongos> sh.status()
--- Sharding Status ---
  sharding version: {
"_id" : 1,
"version" : 4,
"minCompatibleVersion" : 4,
"currentVersion" : 5,
"clusterId" : ObjectId("543922b81aaf92ac0f9334f8")
}
  shards:
{ "_id" : "shard0000", "host" : "172.16.18.2:27017" }
{ "_id" : "shard0001", "host" : "172.16.18.3:27017" }
  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)
可是我們此時沒有數(shù)據(jù)，那么便來生成一些數(shù)據(jù)吧
mongos> for (i=1;i<=100000;i++) db.students.insert({name:"student"+i,age:(i%100),addr:"china"})
mongos> sh.status()
--- Sharding Status ---
  sharding version: {
"_id" : 1,
"version" : 4,
"minCompatibleVersion" : 4,
"currentVersion" : 5,
"clusterId" : ObjectId("543922b81aaf92ac0f9334f8")
}
  shards:
{ "_id" : "shard0000", "host" : "172.16.18.2:27017" }
{ "_id" : "shard0001", "host" : "172.16.18.3:27017" }
  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
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會發(fā)現(xiàn)把數(shù)據(jù)分到了不同的chunk上

數(shù)據(jù)分片就實現(xiàn)了，當(dāng)然一般不建議手動分片。

總結(jié)：mongod在大數(shù)據(jù)處理還有主從復(fù)制上都有著比MySQL更加優(yōu)秀的性能和更加簡單的操作。但由于mongod尚不是很成熟，在實際的應(yīng)用中還有許多要解決的問題。需要使用著慢慢摸索。