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MongoDB中怎么實現高可用，很多新手對此不是很清楚，為了幫助大家解決這個難題，下面小編將為大家詳細講解，有這方面需求的人可以來學習下，希望你能有所收獲。
副本集介紹
副本集(Replica Set)即副本的集合，在MongoDB中通過先定義一個副本集合，然后將多個節(jié)點(副本)加入到這個集合中。簡單來說就是集群中包含了多份數據，保證主節(jié)點掛掉，備節(jié)點能夠繼續(xù)提供數據服務，實現MongoDB的數據備份及高可用。
副本集具有以下特征：
N 個節(jié)點的集群
任何節(jié)點可作為主節(jié)點
所有寫入操作都在主節(jié)點上
自動故障轉移
自動恢復
副本集搭建
條件有限，我們在單機上，通過三個不同的MongoD線程來搭副本集。
主節(jié)點配置如下：
# 指定數據庫路徑 dbpath=/usr/local/mongodb/data/db # 使用追加的方式寫日志 logpath=/usr/local/mongodb/log/mongodb.log # 使用追加的方式寫日志 logappend = true # 綁定服務IP bind_ip=127.0.0.1 # 服務器端口 port = 27017 # 以守護進程的方式運行MongoDB，創(chuàng)建服務器進程 fork = true # PID File 的完整路徑 pidfilepath=/usr/local/mongodb/var/mongod.pid # 不啟用驗證 noauth=true # 最大同時連接數,默認2000 maxConns=2000 # 同步復制的日志大小設置，單位MB oplogSize=10 # 副本集名稱 replSet=rs0
副本節(jié)點的配置和主節(jié)點的基本一致，需要修改一下數據庫/日志/PID路徑和端口號，副本集名稱需一致：
# 指定數據庫路徑 dbpath=/usr/local/mongodb/node/2/data/db # 使用追加的方式寫日志 logpath=/usr/local/mongodb/node/2/log/mongodb.log # 使用追加的方式寫日志 logappend = true # 綁定服務IP bind_ip=127.0.0.1 # 服務器端口 port = 27018 # 以守護進程的方式運行MongoDB，創(chuàng)建服務器進程 fork = true # PID File 的完整路徑 pidfilepath=/usr/local/mongodb/var/mongod2.pid # 不啟用驗證 noauth=true # 最大同時連接數,默認2000 maxConns=2000 # 副本集 replSet=rs0
依次啟動三個mongod進程：
gitlib@devops:/usr/local/mongodb$ ps -aux | grep mongod root 14293 0.8 2.3 1588812 92700 ? Sl 08:06 0:01 bin/mongod -f mongod.conf root 14652 3.5 2.2 1583180 89364 ? Sl 08:08 0:00 bin/mongod -f mongod2.conf root 14723 6.4 2.2 1583180 89172 ? Sl 08:08 0:00 bin/mongod -f mongod3.conf
在主節(jié)點中，先使用rs.initiate()方法進行副本集初始化操作，再使用rs.add()方法來添加副本集的成員：
> rs.initiate() { "info2" : "no configuration specified. Using a default configuration for the set", "me" : "127.0.0.1:27017", "ok" : 1, "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1569457173, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="), "keyId" : NumberLong(0) } }, "operationTime" : Timestamp(1569457173, 1) } rs0:OTHER> rs.add('127.0.0.1:27018'); { "ok" : 1, "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1569457214, 2), "signature" : { "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="), "keyId" : NumberLong(0) } }, "operationTime" : Timestamp(1569457214, 2) } rs0:PRIMARY> rs.add('127.0.0.1:27019'); { "ok" : 1, "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1569457219, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="), "keyId" : NumberLong(0) } }, "operationTime" : Timestamp(1569457219, 1) } rs0:PRIMARY>到此，MongoDB副本集部署完成，我們可以通過rs.status()命令查看副本集狀態(tài)。
gitlib@devops:~$ mongo 127.0.0.1:27018 rs0:SECONDARY> rs.status() { "set" : "rs0", "date" : ISODate("2019-09-26T12:09:48.818Z"), "myState" : 2, "term" : NumberLong(1), "syncingTo" : "127.0.0.1:27017", "syncSourceHost" : "127.0.0.1:27017", "syncSourceId" : 0, "heartbeatIntervalMillis" : NumberLong(2000), "optimes" : { "lastCommittedOpTime" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "lastCommittedWallTime" : ISODate("2019-09-26T12:09:46.038Z"), "readConcernMajorityOpTime" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "readConcernMajorityWallTime" : ISODate("2019-09-26T12:09:46.038Z"), "appliedOpTime" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "durableOpTime" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "lastAppliedWallTime" : ISODate("2019-09-26T12:09:46.038Z"), "lastDurableWallTime" : ISODate("2019-09-26T12:09:46.038Z") }, "lastStableRecoveryTimestamp" : Timestamp(1569499726, 1), "lastStableCheckpointTimestamp" : Timestamp(1569499726, 1), "members" : [ { "_id" : 0, "name" : "127.0.0.1:27017", "ip" : "127.0.0.1", "health" : 1, "state" : 1, "stateStr" : "PRIMARY", "uptime" : 42574, "optime" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDurable" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2019-09-26T12:09:46Z"), "optimeDurableDate" : ISODate("2019-09-26T12:09:46Z"), "lastHeartbeat" : ISODate("2019-09-26T12:09:47.119Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2019-09-26T12:09:47.667Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "lastHeartbeatMessage" : "", "syncingTo" : "", "syncSourceHost" : "", "syncSourceId" : -1, "infoMessage" : "", "electionTime" : Timestamp(1569457173, 2), "electionDate" : ISODate("2019-09-26T00:19:33Z"), "configVersion" : 3 }, { "_id" : 1, "name" : "127.0.0.1:27018", "ip" : "127.0.0.1", "health" : 1, "state" : 2, "stateStr" : "SECONDARY", "uptime" : 43284, "optime" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2019-09-26T12:09:46Z"), "syncingTo" : "127.0.0.1:27017", "syncSourceHost" : "127.0.0.1:27017", "syncSourceId" : 0, "infoMessage" : "", "configVersion" : 3, "self" : true, "lastHeartbeatMessage" : "" }, { "_id" : 2, "name" : "127.0.0.1:27019", "ip" : "127.0.0.1", "health" : 1, "state" : 2, "stateStr" : "SECONDARY", "uptime" : 42569, "optime" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDurable" : { "ts" : Timestamp(1569499786, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2019-09-26T12:09:46Z"), "optimeDurableDate" : ISODate("2019-09-26T12:09:46Z"), "lastHeartbeat" : ISODate("2019-09-26T12:09:47.646Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2019-09-26T12:09:47.036Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "lastHeartbeatMessage" : "", "syncingTo" : "127.0.0.1:27018", "syncSourceHost" : "127.0.0.1:27018", "syncSourceId" : 1, "infoMessage" : "", "configVersion" : 3 } ], "ok" : 1, "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1569499786, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="), "keyId" : NumberLong(0) } }, "operationTime" : Timestamp(1569499786, 1) }副本集高可用
集群中的各節(jié)點還會通過傳遞心跳信息來檢測各自的健康狀況。當主節(jié)點故障時,多個從節(jié)點會觸發(fā)一次 新的選舉操作，并選舉其中的一個成為新的主節(jié)點(通常誰的優(yōu)先級更高,誰就是新的主節(jié)點)，心跳信息默認每 2 秒傳遞一次。
客戶端連接到副本集后，不關心具體哪一臺機器是否掛掉。主服務器負責整個副本集的讀寫，副本集定期同步數據備份。一旦主節(jié)點掛掉，副本節(jié)點就會選舉一個新的主服務器。這一切對于應用服務器不需要關心。
我們可以通過關閉主節(jié)點，測試是否會選舉新的主節(jié)點：
gitlib@devops:~$ ps -aux | grep mongod root 14293 0.6 2.5 1888584 99504 ? Sl 08:06 4:39 bin/mongod -f mongod.conf root 14652 0.6 2.6 1923896 102200 ? Sl 08:08 4:59 bin/mongod -f mongod2.conf root 14723 0.6 2.5 1886124 98984 ? Sl 08:08 4:47 bin/mongod -f mongod3.conf gitlib@devops:~$ sudo kill -9 14293 [sudo] password for zhoufei: zhoufei@devops:~$ ps -aux | grep mongod root 14652 0.6 2.6 1932092 102200 ? Sl 08:08 4:59 bin/mongod -f mongod2.conf root 14723 0.6 2.5 1894320 99064 ? Sl 08:08 4:47 bin/mongod -f mongod3.conf
我們直接kill掉主節(jié)點，進入節(jié)點1，看一下當前節(jié)點是否是主節(jié)點：
gitlib@devops:~$ mongo 127.0.0.1:27018 rs0:SECONDARY> rs.isMaster() { "hosts" : [ "127.0.0.1:27017", "127.0.0.1:27018", "127.0.0.1:27019" ], "setName" : "rs0", "setVersion" : 3, "ismaster" : false, "secondary" : true, "primary" : "127.0.0.1:27019", "me" : "127.0.0.1:27018", ...可以看到當主節(jié)點(127.0.0.1:27017)掛掉之后，主節(jié)點自動切換到從節(jié)點2(127.0.0.1:27019)上。
副本集選舉機制
副本集中的從節(jié)點在主節(jié)點掛掉后通過心跳機制檢測到后，就會在集群內發(fā)起主節(jié)點的選舉機制，自動選舉出一位新的主服務器。
副本集包括三種節(jié)點：主節(jié)點、從節(jié)點、仲裁節(jié)點。
主節(jié)點負責處理客戶端請求，讀、寫數據, 記錄在其上所有操作的oplog;
從節(jié)點定期輪詢主節(jié)點獲取這些操作，然后對自己的數據副本執(zhí)行這些操作，從而保證從節(jié)點的數據與主節(jié)點一致。默認情況下，從節(jié)點不支持外部讀取，但可以設置，副本集的機制在于主節(jié)點出現故障的時候，余下的節(jié)點會選舉出一個新的主節(jié)點，從而保證系統可以正常運行。
仲裁節(jié)點不復制數據，僅參與投票。由于它沒有訪問的壓力，比較空閑，因此不容易出故障。由于副本集出現故障的時候，存活的節(jié)點必須大于副本集節(jié)點總數的一半，否則無法選舉主節(jié)點，或者主節(jié)點會自動降級為從節(jié)點，整個副本集變?yōu)橹蛔x。因此，增加一個不容易出故障的仲裁節(jié)點，可以增加有效選票，降低整個副本集不可用的風險。仲裁節(jié)點可多于一個。也就是說只參與投票，不接收復制的數據，也不能成為活躍節(jié)點。
官方推薦MongoDB副本節(jié)點最少為3臺， 建議副本集成員為奇數，最多12個副本節(jié)點，最多7個節(jié)點參與選舉。限制副本節(jié)點的數量，主要是因為一個集群中過多的副本節(jié)點，增加了復制的成本，反而拖累了集群的整體性能。 太多的副本節(jié)點參與選舉,也會增加選舉的時間。而官方建議奇數的節(jié)點，是為了避免腦裂 的發(fā)生。
選舉過程
副本集的選舉過程大致如下:
得到每個服務器節(jié)點的最后操作時間戳。每個 mongodb都有oplog機制會記錄本機的操作，方便和主服務器進行對比數據是否同步還可以用于錯誤恢復。
如果集群中大部分服務器down機了，保留活著的節(jié)點都為secondary狀態(tài)并停止，不選舉了。
如果集群中選舉出來的主節(jié)點或者所有從節(jié)點最后一次同步時間看起來很舊了，停止選舉等待人來操作。
如果上面都沒有問題就選擇最后操作時間戳最新(保證數據是最新的)的服務器節(jié)點作為主節(jié)點。
MongoDB 同步延遲問題
在MongoDB中,所有寫操作都會產生 oplog，oplog 是每修改一條數據都會生成一條，如果你采用一個批量update命令更新了 N 多條數據，那么oplog 會有很多條，而不是一條。所以同步延遲就是寫操作在主節(jié)點上執(zhí)行完后,從節(jié)點還沒有把 oplog 拿過來再執(zhí)行一次。而這個寫操作的量越大，主節(jié)點與從節(jié)點的差別也就越大，同步延遲也就越大了。
分片
當MongoDB存儲海量的數據時，一臺機器可能不足以存儲數據，也可能不足以提供可接受的讀寫吞吐量。這時我們就可以通過在多臺機器上分割數據，使得數據庫系統能存儲和處理更多的數據。
分片集群結構分布:
三個主要組件：
Shard：數據存儲位置，以chunk為單位存數據，實際生產環(huán)境中一個shard server角色可由幾臺機器組個一個replica set承擔，防止主機單點故障;
Config Server：mongod實例，存儲了整個ClusterMetadata，其中包括 chunk信息，默認需要配置3個Config Server節(jié)點;
Query Routers：(Mongos) 前端路由，客戶端由此接入，且讓整個集群看上去像單一數據庫，前端應用可以透明使用。
Mongos本身并不持久化數據，Sharded Cluster所有的元數據都會存儲到Config Server，而用戶的數據會議分散存儲到各個shard。Mongos啟動后，會從配置服務器加載元數據，開始提供服務，將用戶的請求正確路由到對應的碎片。
Mongos的路由功能：
當數據寫入時，MongoDB Cluster根據分片鍵設計寫入數據。
當外部語句發(fā)起數據查詢時，MongoDB根據數據分布自動路由至指定節(jié)點返回數據。
分片部署
條件有限，我們還是在單機上，用不同MongoDB線程來部署分片。
分片服務器
Shard Server和普通Mongod程序一樣，不同的是需要在配置文件中添加shardsvr=true標記為Shard Server，配置參考如下：
# 指定數據庫路徑 dbpath=/usr/local/mongodb/share/1/data/db # 使用追加的方式寫日志 logpath=/usr/local/mongodb/share/1/log/mongodb.log # 使用追加的方式寫日志 logappend = true # 綁定服務IP bind_ip=127.0.0.1 # 服務器端口 port = 27020 # 以守護進程的方式運行MongoDB，創(chuàng)建服務器進程 fork = true # PID File 的完整路徑 pidfilepath=/usr/local/mongodb/var/mongod27020.pid # 不啟用驗證 noauth=true # 最大同時連接數,默認2000 maxConns=2000 # 同步復制的日志大小設置，單位MB oplogSize=10 # 設置為shared server shardsvr=true
以上配置復制4份，修改一下數據庫路徑/日志路徑/服務器IP和端口/PID路徑，啟動4個Shard Server:
sudo bin/mongod -f shard1.conf sudo bin/mongod -f shard2.conf sudo bin/mongod -f shard3.conf sudo bin/mongod -f shard4.conf
配置服務器
4.0版本的MongoDB中配置服務器(Config Server)需要設置副本集，同時設置configsvr=true，配置參考如下：
# 指定數據庫路徑 dbpath=/usr/local/mongodb/share/5/data/db # 使用追加的方式寫日志 logpath=/usr/local/mongodb/share/5/log/mongodb.log # 使用追加的方式寫日志 logappend = true # 綁定服務IP bind_ip=127.0.0.1 # 服務器端口 port = 27100 # 以守護進程的方式運行MongoDB，創(chuàng)建服務器進程 fork = true # PID File 的完整路徑 pidfilepath=/usr/local/mongodb/var/mongod27100.pid # 不啟用驗證 noauth=true # 最大同時連接數,默認2000 maxConns=2000 # 同步復制的日志大小設置，單位MB oplogSize=10 # 配置為config server configsvr=true # 副本集名稱 replSet=rs0
啟動Config Server，并初始化副本集：
sudo bin/mongod -f shard-config.conf mongo 127.0.0.1:27100 > rs.initiaze()
新版本MongoDB建議設置多個Config Server，采用副本集形式設置集群，為了搭建方便，這里我們只采用單個Config Server。
路由服務器
Router Server不存放數據，配置參考如下：
# 使用追加的方式寫日志 logpath=/usr/local/mongodb/share/6/log/mongodb.log # 使用追加的方式寫日志 logappend = true # 綁定服務IP bind_ip=127.0.0.1 # 服務器端口 port = 4000 # 以守護進程的方式運行MongoDB，創(chuàng)建服務器進程 fork = true # PID File 的完整路徑 pidfilepath=/usr/local/mongodb/var/mongod4000.pid # 設置監(jiān)聽的config服務器 configdb=rs0/127.0.0.1:27100
啟動Router Server，路由服務器是由mongos命令啟動，與分片服務器及配置服務器不同。
sudo bin/mongos -f shard-router.conf
啟動后，需要通過sh.addShard()命令添加分片服務器:
sh.addShard('127.0.0.1:27020') sh.addShard('127.0.0.1:27021') sh.addShard('127.0.0.1:27022') sh.addShard('127.0.0.1:27023')配置完成后，可以通過sh.status()命令，查看分片情況：
mongos> sh.status() --- Sharding Status --- sharding version: { "_id" : 1, "minCompatibleVersion" : 5, "currentVersion" : 6, "clusterId" : ObjectId("5d8ddd1d94796dc650e29f67") } shards: { "_id" : "shard0000", "host" : "127.0.0.1:27020", "state" : 1 } { "_id" : "shard0001", "host" : "127.0.0.1:27021", "state" : 1 } { "_id" : "shard0002", "host" : "127.0.0.1:27022", "state" : 1 } { "_id" : "shard0003", "host" : "127.0.0.1:27023", "state" : 1 } active mongoses: "4.2.0" : 1 autosplit: Currently enabled: yes balancer: Currently enabled: yes Currently running: no Failed balancer rounds in last 5 attempts: 0 Migration Results for the last 24 hours: No recent migrations databases: { "_id" : "config", "primary" : "config", "partitioned" : true } config.system.sessions shard key: { "_id" : 1 } unique: false balancing: true chunks: shard0000 1 { "_id" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "_id" : { "$max看完上述內容是否對您有幫助呢？如果還想對相關知識有進一步的了解或閱讀更多相關文章，請關注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝您對億速云的支持。
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