mongodb集群搭建

1、相关概念

从图中可以看到有四个组件：mongos、config server、shard、replica set。

mongos，数据库集群请求的入口，所有的请求都通过mongos进行协调，不需要在应用程序添加一个路由选择器，mongos自己就是一个请求分发中心，它负责把对应的数据请求请求转发到对应的shard服务器上。在生产环境通常有多mongos作为请求的入口，防止其中一个挂掉所有的mongodb请求都没有办法操作。

config server，配置服务器，存储所有数据库元信息（路由、分片）的配置。mongos本身没有物理存储分片服务器和数据路由信息，只是缓存在内存里，配置服务器则实际存储这些数据。mongos第一次启动或者关掉重启就会从 config server 加载配置信息，以后如果配置服务器信息变化会通知到所有的 mongos 更新自己的状态，这样 mongos 就能继续准确路由。在生产环境通常有多个 config server 配置服务器，因为它存储了分片路由的元数据，防止数据丢失！

shard，分片（sharding）是指将数据库拆分，将其分散在不同的机器上的过程。将数据分散到不同的机器上，不需要功能强大的服务器就可以存储更多的数据和处理更大的负载。基本思想就是将集合切成小块，这些块分散到若干片里，每个片只负责总数据的一部分，最后通过一个均衡器来对各个分片进行均衡（数据迁移）。

replica set，中文翻译副本集，其实就是shard的备份，防止shard挂掉之后数据丢失。复制提供了数据的冗余备份，并在多个服务器上存储数据副本，提高了数据的可用性， 并可以保证数据的安全性。

仲裁者（Arbiter），是复制集中的一个MongoDB实例，它并不保存数据。仲裁节点使用最小的资源并且不要求硬件设备，不能将Arbiter部署在同一个数据集节点中，可以部署在其他应用服务器或者监视服务器中，也可部署在单独的虚拟机中。为了确保复制集中有奇数的投票成员（包括primary），需要添加仲裁节点做为投票，否则primary不能运行时不会自动切换primary。

简单了解之后，我们可以这样总结一下，应用请求mongos来操作mongodb的增删改查，配置服务器存储数据库元信息，并且和mongos做同步，数据最终存入在shard（分片）上，为了防止数据丢失同步在副本集中存储了一份，仲裁在数据存储到分片的时候决定存储到哪个节点。
2、环境准备

系统系统 centos7

五台服务器：10.253.173.95、10.253.173.108、10.253.164.220、10.253.164.242、10.253.164.244

安装包： mongodb-linux-x86_64-3.4.6.tgz

服务器规划

95	108	220	242	244
mongos	mongos	mongos
config server	config server	config server
shard1 server	shard2 server	shard3 server	shard4 server	shard5 server
shard5 server	shard1 server	shard2 server	shard3 server	shard4 server
shard4 server	shard5 server	shard1 server	shard2 server	shard3 server

端口分配：

mongos：20000
config：21000
shard1：27001
shard2：27002
shard3：27003
shard4：27004
shard5：27005

3、集群搭建

3.1、安装mongodb

下载
wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-3.4.6.tgz
#解压
tar -xzvf mongodb-linux-x86_64-3.4.6.tgz -C /opt/
#重命名
mv mongodb-linux-x86_64-3.4.6 mongodb

分别在每台机器建立conf、mongos、config、shard1、shard2、shard3六个目录，因为mongos不存储数据，只需要建立日志文件目录即可。

mkdir -p /mnt/mongodb/conf
mkdir -p /mnt/mongodb/mongos/log
mkdir -p /mnt/mongodb/config/data
mkdir -p /mnt/mongodb/config/log
mkdir -p /mnt/mongodb/shard1/data
mkdir -p /mnt/mongodb/shard1/log
mkdir -p /mnt/mongodb/shard2/data
mkdir -p /mnt/mongodb/shard2/log
mkdir -p /mnt/mongodb/shard3/data
mkdir -p /mnt/mongodb/shard3/log
mkdir -p /mnt/mongodb/shard4/data
mkdir -p /mnt/mongodb/shard4/log
mkdir -p /mnt/mongodb/shard5/data
mkdir -p /mnt/mongodb/shard5/log

配置环境变量vim /etc/profile

export MONGODB_HOME=/opt/mongodb
export PATH=$MONGODB_HOME/bin:$PATH

环境变量生效

source /etc/profile

3.2、config server配置服务器

mongodb3.4以后要求配置服务器也创建副本集，不然集群搭建不成功。

添加配置文件vi /mnt/mongodb/conf/config.conf,其中bindIp替换为对应机器的ip

# 系统日志
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /mnt/mongodb/config/log/config.log #日志存储位置
 
# 文件存储
storage:
  dbPath: /mnt/mongodb/config/
  journal:
    enabled: true
    directoryPerDB: true           #是否一个库一个文件夹    
    engine: wiredTiger             #数据引擎   
  wiredTiger:                    #WT引擎配置
    engineConfig:
       cacheSizeGB: 4            #设置为4G,默认为物理内存的一半
       directoryForIndexes: true #是否将索引也按数据库名单独存储
       journalCompressor: zlib
    collectionConfig:            #表压缩配置
       blockCompressor: zlib
    indexConfig:                 #索引配置
       prefixCompression: true
# 配置启动管理方式
processManagement:
  fork: true
  pidFilePath: /mnt/mongodb/config/log/configsrv.pid
 
# 网络接口
net:
  port: 21000
  bindIp: 10.253.173.95
 
# 副本集
replication:
    replSetName: config        

sharding:
    clusterRole: configsvr

启动三台服务器的config server

mongod -f /mnt/mongodb/conf/config.conf

登录任意一台配置服务器，初始化配置副本集

#连接
mongo 10.253.173.95:21000
#config变量
config = {
    _id : "config",
     members : [
         {_id : 0, host : "10.253.173.95:21000" },
         {_id : 1, host : "10.253.173.108:21000" },
         {_id : 2, host : "10.253.164.220:21000" }
     ]
 }

#初始化副本集
rs.initiate(config)

#查看分区状态
rs.status();

3.3、配置分片副本集

3.1、设置第一个分片副本集

在服务器上，10.253.173.95、10.253.173.108、10.253.164.220

配置文件：vi /mnt/mongodb/conf/shard1.conf，其中bindIp换成对应机器的ip

## 配置文件内容
# 系统日志
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /mnt/mongodb/shard1/log/shard1.log
 
# 文件存储
storage:
  dbPath: /mnt/mongodb/shard1/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:                    #WT引擎配置
    engineConfig:
       cacheSizeGB: 4            #设置为4G,默认为物理内存的一半
       directoryForIndexes: true #是否将索引也按数据库名单独存储
       journalCompressor: zlib
    collectionConfig:            #表压缩配置
       blockCompressor: zlib
    indexConfig:                 #索引配置
       prefixCompression: true

# 进程
processManagement:
  fork: true 
  pidFilePath: /mnt/mongodb/shard1/log/shard1.pid
 
# 网络接口
net:
  port: 27001
  bindIp: 10.253.173.95

# 副本集
replication:
    replSetName: shard1
sharding:
    clusterRole: shardsvr

启动三台服务器的shard1 server

mongod -f /mnt/mongodb/conf/shard1.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集

mongo 10.253.173.95:27001
#使用admin数据库
use admin
#定义副本集配置
config = {
    _id : "shard1",
     members : [
         {_id : 0, host : "10.253.173.95:27001" },
         {_id : 1, host : "10.253.173.108:27001" },
         {_id : 2, host : "10.253.164.220:27001" }
     ]
 }

#初始化副本集配置
rs.initiate(config);

#查看分区状态
rs.status();

3.2、设置第二个分片副本集

在服务器上，10.253.173.108、10.253.164.220、10.253.164.242

配置文件：vi /mnt/mongodb/conf/shard2.conf，其中bindIp换成对应机器的ip

## 配置文件内容
# 系统日志
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /mnt/mongodb/shard2/log/shard2.log
 
# 文件存储
storage:
  dbPath: /mnt/mongodb/shard2/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:                    #WT引擎配置
    engineConfig:
       cacheSizeGB: 4            #设置为4G,默认为物理内存的一半
       directoryForIndexes: true #是否将索引也按数据库名单独存储
       journalCompressor: zlib
    collectionConfig:            #表压缩配置
       blockCompressor: zlib
    indexConfig:                 #索引配置
       prefixCompression: true

# 进程
processManagement:
  fork: true 
  pidFilePath: /mnt/mongodb/shard2/log/shard2.pid
 
# 网络接口
net:
  port: 27002
  bindIp: 10.253.173.108

# 副本集
replication:
    replSetName: shard2
sharding:
    clusterRole: shardsvr

启动三台服务器的shard2 server

mongod -f /mnt/mongodb/conf/shard2.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集

mongo 10.253.173.108:27002
#使用admin数据库
use admin
#定义副本集配置
config = {
    _id : "shard2",
     members : [
         {_id : 0, host : "10.253.173.108:27002" },
         {_id : 1, host : "10.253.164.220:27002" },
         {_id : 2, host : "10.253.164.242:27002" }
     ]
 }

#初始化副本集配置
rs.initiate(config);

#查看分区状态
rs.status();

3.3、设置第三个分片副本集

在服务器上，10.253.164.220、10.253.164.242、10.253.164.244

配置文件：vi /mnt/mongodb/conf/shard3.conf，其中bindIp换成对应机器的ip

## 配置文件内容
# 系统日志
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /mnt/mongodb/shard3/log/shard3.log
 
# 文件存储
storage:
  dbPath: /mnt/mongodb/shard3/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:                    #WT引擎配置
    engineConfig:
       cacheSizeGB: 4            #设置为4G,默认为物理内存的一半
       directoryForIndexes: true #是否将索引也按数据库名单独存储
       journalCompressor: zlib
    collectionConfig:            #表压缩配置
       blockCompressor: zlib
    indexConfig:                 #索引配置
       prefixCompression: true
# 进程
processManagement:
  fork: true 
  pidFilePath: /mnt/mongodb/shard3/log/shard3.pid
 
# 网络接口
net:
  port: 27003
  bindIp: 10.253.164.220

# 副本集
replication:
    replSetName: shard3
sharding:
    clusterRole: shardsvr

启动三台服务器的shard3 server

mongod -f /mnt/mongodb/conf/shard3.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集

mongo 10.253.164.220:27003
#使用admin数据库
use admin
#定义副本集配置
config = {
    _id : "shard3",
     members : [
         {_id : 0, host : "10.253.164.220:27003" },
         {_id : 1, host : "10.253.164.242:27003" },
         {_id : 2, host : "10.253.164.244:27003" }
     ]
 }

#初始化副本集配置
rs.initiate(config);

#查看分区状态
rs.status();

3.4、设置第四个分片副本集

在服务器上，10.253.164.242、10.253.164.244、10.253.173.95

配置文件：vi /mnt/mongodb/conf/shard4.conf，其中bindIp换成对应机器的ip

## 配置文件内容
# 系统日志
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /mnt/mongodb/shard4/log/shard4.log
 
# 文件存储
storage:
  dbPath: /mnt/mongodb/shard4/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:                    #WT引擎配置
    engineConfig:
       cacheSizeGB: 4            #设置为4G,默认为物理内存的一半
       directoryForIndexes: true #是否将索引也按数据库名单独存储
       journalCompressor: zlib
    collectionConfig:            #表压缩配置
       blockCompressor: zlib
    indexConfig:                 #索引配置
       prefixCompression: true

# 进程
processManagement:
  fork: true 
  pidFilePath: /mnt/mongodb/shard4/log/shard4.pid
 
# 网络接口
net:
  port: 27004
  bindIp: 10.253.164.242

# 副本集
replication:
    replSetName: shard4
sharding:
    clusterRole: shardsvr

启动三台服务器的shard4 server

mongod -f /mnt/mongodb/conf/shard4.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集

mongo 10.253.164.242:27004
#使用admin数据库
use admin
#定义副本集配置
config = {
    _id : "shard4",
     members : [
         {_id : 0, host : "10.253.164.242:27004" },
         {_id : 1, host : "10.253.164.244:27004" },
         {_id : 2, host : "10.253.173.95:27004" }
     ]
 }

#初始化副本集配置
rs.initiate(config);

#查看分区状态
rs.status();

3.5、设置第五个分片副本集

在服务器上，10.253.164.244、10.253.173.95、10.253.173.108

配置文件：vi /mnt/mongodb/conf/shard5.conf，其中bindIp换成对应机器的ip

## 配置文件内容
# 系统日志
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /mnt/mongodb/shard5/log/shard5.log
 
# 文件存储
storage:
  dbPath: /mnt/mongodb/shard5/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:                    #WT引擎配置
    engineConfig:
       cacheSizeGB: 4            #设置为4G,默认为物理内存的一半
       directoryForIndexes: true #是否将索引也按数据库名单独存储
       journalCompressor: zlib
    collectionConfig:            #表压缩配置
       blockCompressor: zlib
    indexConfig:                 #索引配置
       prefixCompression: true

# 进程
processManagement:
  fork: true 
  pidFilePath: /mnt/mongodb/shard5/log/shard5.pid
 
# 网络接口
net:
  port: 27005
  bindIp: 10.253.164.244

# 副本集
replication:
    replSetName: shard5
sharding:
    clusterRole: shardsvr

启动三台服务器的shard5 server

mongod -f /mnt/mongodb/conf/shard5.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集

mongo 10.253.164.244:27005
#使用admin数据库
use admin
#定义副本集配置
config = {
    _id : "shard5",
     members : [
         {_id : 0, host : "10.253.164.244:27005" },
         {_id : 1, host : "10.253.173.95:27005" },
         {_id : 2, host : "10.253.173.108:27005" }
     ]
 }

#初始化副本集配置
rs.initiate(config);

#查看分区状态
rs.status();

4、配置路由服务器 mongos

先启动配置服务器和分片服务器,后启动路由实例启动路由实例:10.253.173.95、10.253.173.108

配置路由服务器：vi /mnt/mongodb/conf/mongos.conf

systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /mnt/mongodb/mongos/log/mongos.log
processManagement:
  fork: true
net:
  port: 20000
  bindIp: 10.253.164.220
#监听的配置服务器,只能有1个或者3个 configs为配置服务器的副本集名字
sharding:
   configDB: config/10.253.173.95:21000,10.253.173.108:21000,10.253.164.220:21000

启动二台服务器的mongos server

mongos  --config  /mnt/mongodb/conf/mongos.conf

5、启用分片

目前搭建了mongodb配置服务器、路由服务器，各个分片服务器，不过应用程序连接到mongos路由服务器并不能使用分片机制，还需要在程序里设置分片配置，让分片生效。

登陆任意一台mongos

mongo 10.253.173.95:20000
#使用admin数据库
use  admin
#串联路由服务器与分配副本集
sh.addShard("shard1/10.253.173.95:27001,10.253.173.108:27001,10.253.164.220:27001")
sh.addShard("shard2/10.253.173.108:27002,10.253.164.220:27002,10.253.164.242:27002")
sh.addShard("shard3/10.253.164.220:27003,10.253.164.242:27003,10.253.164.244:27003")
sh.addShard("shard4/10.253.164.242:27004,10.253.164.244:27004,10.253.173.95:27004")
sh.addShard("shard5/10.253.164.244:27005,10.253.173.95:27005,10.253.173.108:27005")
#查看集群状态
sh.status()

6、测试

目前配置服务、路由服务、分片服务、副本集服务都已经串联起来了，但我们的目的是希望插入数据，数据能够自动分片。连接在mongos上，准备让指定的数据库、指定的集合分片生效。

mongo  10.253.173.95:20000
#使用admin
use admin;
#指定testdb分片生效
db.runCommand( { enablesharding :"userinfodb"});
#指定数据库里需要分片的集合和片键
db.runCommand({shardcollection : "userinfodb.authinfo",key : {id:1}})

我们设置testdb的 table1 表需要分片，根据 id 自动分片到 shard1 ，shard2，shard3，shard4，shard5 上面去。要这样设置是因为不是所有mongodb 的数据库和表 都需要分片！

测试分片配置结果

mongo  10.253.173.95:20000
#使用userinfodb
use  userinfodb;
#插入测试数据
for (var i = 1; i <= 2; i++)db.authinfo.save({id:i,"test1":"testval1"})
#查看分片情况如下，部分无关信息省掉了
db.authinfo.stats();

{
        "sharded" : true,
        "ns" : "testdb.table1",
        "count" : 100000,
        "numExtents" : 13,
        "size" : 5600000,
        "storageSize" : 22372352,
        "totalIndexSize" : 6213760,
        "indexSizes" : {
                "_id_" : 3335808,
                "id_1" : 2877952
        },
        "avgObjSize" : 56,
        "nindexes" : 2,
        "nchunks" : 3,
        "shards" : {
                "shard1" : {
                        "ns" : "testdb.table1",
                        "count" : 42183,
                        "size" : 0,
                        ...
                        "ok" : 1
                },
                "shard2" : {
                        "ns" : "testdb.table1",
                        "count" : 38937,
                        "size" : 2180472,
                        ...
                        "ok" : 1
                },
                "shard3" : {
                        "ns" : "testdb.table1",
                        "count" :18880,
                        "size" : 3419528,
                        ...
                        "ok" : 1
                }
        },
        "ok" : 1
}

可以看到数据分到3个分片，各自分片数量为： shard1 “count” : 42183，shard2 “count” : 38937，shard3 “count” : 18880。已经成功了！

7、创建认证用户

7.1 首先建立一个拥有添加删除用户权限的账号

db.createUser({
    user:"admin",
    pwd:"123456",
    roles: [ { role: "userAdminAnyDatabase",db:"admin"}]
})
db.auth("admin","123456")//认证该用户

这里就添加了一个useradmin这么一个用户，他可以进行所有数据库的用户管理。在添加这个用户后，我们连接mongodb时仍然不需要进行登录，这是因为我们未在配置中开启权限验证。

7.2.开启分片集群的权限验证

7.2.1 首先生成一个添加keyFile文件----->用于认证使用

openssl rand -base64 753 >mongodb-keyfile
mkdir -p /mnt/mongodb/key/
cp mongodb-keyfile /mnt/mongodb/key/
chmod 600 /mnt/mongodb/key/mongodb-keyfile

7.2.2 在各个分片以及configserver的配置文件中加上如下语句

#开启权限验证
security:
    authorization: enabled
    keyFile: /mnt/mongodb/key/mongodb-keyfile

7.2.3 在每台机器上的mongos配置文件中加入下面一段配置

#开启权限验证
security:
    keyFile: /mnt/mongodb/key/mongodb-keyfile

8、启动关闭

mongodb的启动顺序是，先启动配置服务器，在启动分片，最后启动mongos.

mongod -f /mnt/mongodb/conf/config.conf
mongod -f /mnt/mongodb/conf/shard1.conf
mongod -f /mnt/mongodb/conf/shard2.conf
mongod -f /mnt/mongodb/conf/shard3.conf
mongod -f /mnt/mongodb/conf/mongos.conf

关闭时，直接killall杀掉所有进程

killall mongod
killall mongos