1. 环境准备
在Mongo的官网下载Linux版本安装包，然后解压到对应的目录下；由于资源有限，我们采用Replica Sets + Sharding方式来配置高可用。结构图如下所示：
这里我说明下这个图所表达的意思：
Shard服务器：使用Replica Sets确保每个数据节点都具有备份、自动容错转移、自动恢复的能力。
- 配置服务器：使用3个配置服务器确保元数据完整性。
- 路由进程：使用3个路由进程实现平衡，提高客户端接入性能
- 副本集1：Shard11,Shard12,Shard13组成一个副本集，提供Sharding中shard1的功能；
- 副本集2：Shard21,Shard22,Shard23组成一个副本集，提供Sharding中shard2的功能；
- 副本集3：Shard31,Shard32,Shard33组成一个副本集，提供Sharding中shard3的功能；
- 3个配置服务器进程和3个路由器进程。
- Arbiter仲裁者，是副本集中的一个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。为了确保复制集中有奇数的投票成员(包括primary)，需要添加仲裁节点作为投票，否则primary不能运行时不会自动切换primary。
构建一个mongoDB Sharding Cluster需要三种角色：shard服务器(ShardServer)、配置服务器(config Server)、路由进程(Route Process)
Shard 服务器
Shard服务器即存储实际数据的分片，每个shard可以是一个mongod实例，也可以是一组mongod实例构成的Replica Sets。为了实现每个Shard内部的故障自动转换，MongoDB官方建议每个shard为一组Replica Sets。
配置服务器
为了将一个特定的collection存储在多个shard中，需要为该collection指定一个shard key，决定该条记录属于哪个chunk，配置服务器可以存储以下信息，每个shard节点的配置信息，每个chunk的shard key范围，chunk在各shard的分布情况，集群中所有DB和collection的sharding配置信息。
路由进程
它是一个前段路由，客户端由此接入，首先询问配置服务器需要到哪个shard上查询或保存记录，然后连接相应的shard执行操作，最后将结果返回给客户端，客户端只需要将原本发给mongod的查询或更新请求原封不动地发给路由进程，而不必关心所操作的记录存储在哪个shard上。
按照架构图，理论上是需要15台机器的，由于资源有限，用目录来替代物理机，下面给出配置表格：
| 192.168.187.201 |
192.168.187.202 |
192.168.187.203 |
| Shard11:10011 主节点 |
Shard12:10012 副节点 |
Shard13:10013 仲裁点 |
| Shard21:10021 仲裁点 |
Shard22:10022 主节点 |
Shard32:10023 副节点 |
| Shard31:10031 副节点 |
Shard32:10032 仲裁点 |
Shard33:10033 主节点 |
| ConfigSvr:10041 |
ConfigSvr:10042 |
ConfigSvr:10043 |
| Mongos:10051 |
Mongos:10052 |
Mongos:10053 |
2. 配置Shard + Replica Sets
2.1系统配置
Linux操作系统参数
系统全局允许分配的最大文件句柄数:
sysctl -w fs.file-max=2097152
sysctl -w fs.nr_open=2097152
echo 2097152 > /proc/sys/fs/nr_open
允许当前会话/进程打开文件句柄数:
ulimit -n 1048576
修改 ‘fs.file-max’ 设置到 /etc/sysctl.conf 文件:
fs.file-max = 1048576
修改/etc/security/limits.conf 持久化设置允许用户/进程打开文件句柄数
* soft nofile 1048576
* hard nofile 1048576
* soft nproc 524288
* hard nproc 524288
TCP 协议栈网络参数
并发连接 backlog 设置:
sysctl -w net.core.somaxconn=32768
sysctl -w net.ipv4.tcp_max_syn_backlog=16384
sysctl -w net.core.netdev_max_backlog=16384
可用知名端口范围:
sysctl -w net.ipv4.ip_local_port_range=80 65535'
TCP Socket 读写 Buffer 设置:
sysctl -w net.core.rmem_default=262144
sysctl -w net.core.wmem_default=262144
sysctl -w net.core.rmem_max=16777216
sysctl -w net.core.wmem_max=16777216
sysctl -w net.core.optmem_max=16777216
sysctl -w net.ipv4.tcp_rmem='1024 4096 16777216'
sysctl -w net.ipv4.tcp_wmem='1024 4096 16777216'
TCP 连接追踪设置（Centos7以下才有，以上版本则不用）:
sysctl -w net.nf_conntrack_max=1000000
sysctl -w net.netfilter.nf_conntrack_max=1000000
sysctl -w net.netfilter.nf_conntrack_tcp_timeout_time_wait=30
2.2 安装
统一分别在三台机器的/opt/app/mongoCluster369部署mongodb集群。
在linux官网下载mongodb的安装包，目前所用安装包为：mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.6.9.tgz
现在以192.168.31.231机器上操作为例：
使用命令tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.6.9.tgz 解压mongodb
解压后查看如下：
把mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.6.9移动到指定目录，当前指定目录为/opt/app/，并改名为mongodb
在该台机器上mongodbCluster369目录中建立conf(配置文件)、mongos(路由)、config(配置)、shard1、shard2、shard3(三个切片)六个目录，因为mongos不存储数据，只需要建立日志文件即可。
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/conf
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/mongos/log
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/mongos/pid
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/config/data
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/config/log
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/config/pid
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard1/data
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard1/log
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard1/pid
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard2/data
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard2/log
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard2/pid
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard3/data
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard3/log
mkdir -p /opt/app/mongodbCluster369/shard3/pid
配置环境变量
vi /etc/profile
并添加如下内容：
export MONGODB_HOME=/opt/app/mongodb
export PATH=$PATH:$MONGODB_HOME/bin
source /etc/profile
使立即生效
2.3 配置分片副本集
设置第一个分片副本集
配置文件
vi /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard1.conf
配置文件内容为：
#配置文件内容
systemLog: destination: file path: /opt/app/mongodbCluster369/shard1/log/shard1.log logAppend: true processManagement: fork: true pidFilePath: /opt/app/mongodbCluster369/shard1/pid/shard1.pid net: bindIp: 192.168.187.201 port: 10011 maxIncomingConnections: 20000 storage: dbPath: /opt/app/mongodbCluster369/shard1/data journal: enabled: true commitIntervalMs: 500 directoryPerDB: true syncPeriodSecs: 300 engine: wiredTiger wiredTiger: engineConfig: cacheSizeGB: 103 statisticsLogDelaySecs: 0 journalCompressor: snappy directoryForIndexes: false collectionConfig: blockCompressor: snappy indexConfig: prefixCompression: true replication: oplogSizeMB: 10000 replSetName: shard1 sharding: clusterRole: shardsvr
设置第二个分片副本集
vi /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard2.conf
# 配置文件内容
systemLog: destination: file path: /opt/app/mongodbCluster369/shard2/log/shard2.log logAppend: true processManagement: fork: true pidFilePath: /opt/app/mongodbCluster369/shard2/pid/shard2.pid net: bindIp: 192.168.187.201 port: 10021 maxIncomingConnections: 20000 storage: dbPath: /opt/app/mongodbCluster369/shard2/data journal: enabled: true commitIntervalMs: 500 directoryPerDB: true syncPeriodSecs: 300 engine: wiredTiger wiredTiger: engineConfig: cacheSizeGB: 103 statisticsLogDelaySecs: 0 journalCompressor: snappy directoryForIndexes: false collectionConfig: blockCompressor: snappy indexConfig: prefixCompression: true replication: oplogSizeMB: 10000 replSetName: shard2 sharding: clusterRole: shardsvr
设置第三个分片副本集
vi /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard3.conf
# 配置文件内容
systemLog: destination: file path: /opt/app/mongodbCluster369/shard3/log/shard3.log logAppend: true processManagement: fork: true pidFilePath: /opt/app/mongodbCluster369/shard3/pid/shard3.pid net: bindIp: 192.168.187.201 port: 10031 maxIncomingConnections: 20000 storage: dbPath: /opt/app/mongodbCluster369/shard3/data journal: enabled: true commitIntervalMs: 500 directoryPerDB: true syncPeriodSecs: 300 engine: wiredTiger wiredTiger: engineConfig: cacheSizeGB: 103 statisticsLogDelaySecs: 0 journalCompressor: snappy directoryForIndexes: false collectionConfig: blockCompressor: snappy indexConfig: prefixCompression: true replication: oplogSizeMB: 10000 replSetName: shard3 sharding: clusterRole: shardsvr
2.4 config server配置服务器
vi /opt/app/mongodbCluster369/conf/config.conf
# 配置文件内容
systemLog: destination: file path: /opt/app/mongodbCluster369/config/log/config.log logAppend: true processManagement: fork: true pidFilePath: /opt/app/mongodbCluster369/config/pid/config.pid net: bindIp: 192.168.187.201 port: 10041 maxIncomingConnections: 20000 storage: dbPath: /opt/app/mongodbCluster369/config/data journal: enabled: true commitIntervalMs: 500 directoryPerDB: true syncPeriodSecs: 300 engine: wiredTiger replication: oplogSizeMB: 10000 replSetName: configs sharding: clusterRole: configsvr
2.5 配置路由服务器mongos
vi /opt/app/mongodbCluster369/conf/mongos.conf
# 配置文件内容
systemLog: destination: file path: /opt/app/mongodbCluster369/mongos/log/mongos.log logAppend: true processManagement: fork: true pidFilePath: /opt/app/mongodbCluster369/mongos/pid/mongos.pid net: bindIp: 192.168.187.201 port: 10051 maxIncomingConnections: 20000 sharding: configDB: configs/192.168.187.201:10041,192.168.187.202:10042,192.168.187.203:10043
参数说明：
dbpath：数据存放目录
logpath：日志存放路径
pidfilepath：进程文件，方便停止mongodb
logappend：以追加的方式记录日志
directoryperdb：为每一个数据库按照数据库名建立文件夹
replSet：replica set的名字
bindIp：mongodb所绑定的ip地址
port：mongodb进程所使用的端口号，默认为27017
fork：以后台方式运行进程
oplogSize：mongodb操作日志文件的最大大小。单位为Mb，默认为硬盘剩余空间的5%
shardsvr：分片节点
configsvr：配置服务节点
configdb：配置config节点到route节点
journal：写日志
smallfiles：当提示空间不够时添加此参数
noprealloc：预分配方式，使用预分配方式来保证写入性能的稳定，预分配在后台运行，并且每个预分配的文件都用0进行填充。这会让MongoDB始终保持额外的空间和空余的数据文件，从而避免了数据增长过快而带来的分配磁盘空间引起的阻塞。设置noprealloc=true来禁用预分配的数据文件，会缩短启动时间，但在正常操作过程中，可能会导致性能显著下降。
2.6 分别把/opt/app/mongodb安装包和/opt/app/mongodbCluster369配置信息复制到其他两台机器上
使用命令scp -r /opt/app/mongodb [email protected]:/opt/app 复制mongodb到第二节点：
使用命令scp -r /opt/app/mongodbCluster369 [email protected]:/opt/app复制mongodbCluster369集群信息到第二节点：
使用root用户登录192.168.187.202第二节点，
然后配置环境变量
vi /etc/profile
并添加如下内容：
export MONGODB_HOME=/opt/app/mongodb
export PATH=$PATH:$MONGODB_HOME/bin
source /etc/profile
使立即生效
cd /opt/app/mongodbCluster369/conf修改切片、副本集、配置、路由5个配置文件里面的IP和端口：
Shard1.conf修改ip：
Shard2.conf修改ip：
Shard3.conf修改ip：
Config.conf修改ip：
Mongos.conf修改ip：
使用命令scp -r /opt/app/mongodb [email protected]:/opt/app 复制mongodb到第三节点：
使用命令scp -r /opt/app/mongodbCluster369 [email protected]:/opt/app复制mongodbCluster369集群信息到第三节点：
使用root用户登录192.168.187.203第三节点，
然后配置环境变量
vi /etc/profile
并添加如下内容：
export MONGODB_HOME=/opt/app/mongodb
export PATH=$PATH:$MONGODB_HOME/bin
source /etc/profile
使立即生效
cd /opt/app/mongodbCluster369/conf中修改切片、副本集、配置、路由5个配置文件里面的IP和端口：
Shard1.conf修改ip：
Shard2.conf修改ip：
Shard3.conf修改ip：
Config.conf修改ip：
Mongos.conf修改ip：
2.7 启动mongodb集群
先启动配置服务器和分片服务器,后启动路由实例（三台服务器）。
2.7.1启动配置服务器
启动三台服务器的config server
进入mongodb的安装包目录/opt/app/mongodb，使用如下命令启动：
cd /opt/app/mongodb/bin
./mongod -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/config.conf
登录任意一台服务器，初始化配置副本集
登录连接命令：./mongo 192.168.187.201:10041/admin
配置如下内容：
> config = {
... _id : "configs",
... members : [
... {_id : 0, host : "192.168.187.201:10041"},
... {_id : 1, host : "192.168.187.202:10042"},
... {_id : 2, host : "192.168.187.203:10043"}
... ]
... }
初始化副本集
> rs.initiate(config)
其中，“_id” : “configs” 应与配置文件中配置的replSet一致，“members”中的“host”为三个节点的ip和port
2.7.2 启动分片服务器
l 启动三台服务器的shard1 server
进入mongodb的安装包目录/opt/app/mongodb，使用如下命令启动：
cd /opt/app/mongodb/bin
./mongod -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard1.conf
登录192.168.187.201一台服务器（192.168.187.203设置为仲裁节点，不能使用该节点登录），初始化分片副本集
登录连接命令：./mongo 192.168.187.201:10011/admin
配置如下内容：
> config = {
... _id : "shard1",
... members : [
... {_id : 0, host : "192.168.187.201:10011",priority:2},
... {_id : 1, host : "192.168.187.202:10012",priority:1},
... {_id : 2, host : "192.168.187.203:10013", arbiterOnly : true}
... ]
... }
初始化副本集
> rs.initiate(config)
第三个节点的“arbiterOnly”:true代表其为仲裁节点。
使用exit命令退出mongo的shell操作界面
l 启动三台服务器的shard2 server
进入mongodb的安装包目录/opt/app/mongodb，使用如下命令启动：
cd /opt/app/mongodb/bin
./mongod -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard2.conf
登录192.168.187.202一台服务器（因为192.168.187.201设置为仲裁节点，不能使用该节点登录），初始化分片副本集
登录连接命令：./mongo 192.168.187.202:10022/admin
配置如下内容：
> config = {
... _id : "shard2",
... members : [
... {_id : 0, host : "192.168.187.201:10021", arbiterOnly : true },
... {_id : 1, host : "192.168.187.202:10022",priority:2},
... {_id : 2, host : "192.168.187.203:10023",priority:1}
... ]
... }
初始化副本集
> rs.initiate(config)
第一个节点的“arbiterOnly”:true代表其为仲裁节点。
使用exit命令退出mongo的shell操作界面
l 启动三台服务器的shard3 server
进入mongodb的安装包目录/opt/app/mongodb，使用如下命令启动：
cd /opt/app/mongodb/bin
./mongod -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard3.conf
登录192.168.187.201一台服务器（192.168.187.202设置为仲裁节点，不能使用该节点登录），初始化分片副本集
登录连接命令：./mongo 192.168.187.201:10031/admin
配置如下内容：
> config = {
... _id : "shard3",
... members : [
... {_id : 0, host : "192.168.187.201:10031",priority:1},
... {_id : 1, host : "192.168.187.202:10032", arbiterOnly : true },
... {_id : 2, host : "192.168.187.203:10033",priority:2}
... ]
... }
初始化副本集
> rs.initiate(config)
第二个节点的“arbiterOnly”:true代表其为仲裁节点。
使用exit命令退出mongo的shell操作界面
2.7.3启动路由实例
启动三台服务器的mongos server
使用如下命令
进入mongodb的安装包目录/opt/app/mongodb，使用如下命令启动：
cd /opt/app/mongodb/bin
./mongos -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/mongos.conf
2.8 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。
登录任意一台mongos，这里以192.168.187.201:10051为例：
登录连接命令：./mongo 192.168.187.201:10051/admin
配置如下内容，串联路由服务器与切片副本集：
sh.addShard("shard1/192.168.187.201:10011,192.168.187.202:10012,192.168.187.203:10013")
sh.addShard("shard2/192.168.187.201:10021,192.168.187.202:10022,192.168.187.203:10023")
sh.addShard("shard3/192.168.187.201:10031,192.168.187.202:10032,192.168.187.203:10033")
查看集群状态：
sh.status()
2.9 指定数据库与集合分片生效
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，但是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。
接着上面2.6的步骤，不用退出mongos的操作界面
指定数据库分片生效：
db.runCommand({enablesharding : "testdb"})
指定数据库里需要分片的集合collection和片键，一般是_id：
db.runCommand({shardcollection : "testdb.table1", key : {id : "hashed"}})
我们设置testdb的table1表需要分片，根据id自动分片到shard1、shard2、shard3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！
2.10 测试分片配置结果
登录任意一台mongos，这里以192.168.187.201:10051为例：
登录连接命令：./mongo 192.168.187.201:10051/admin
切换数据库：
use testdb
输入如下命令：
for (var i = 1; i <= 5000; i++){ db.table1.insert({id:i,text:"hello world"}) }
查看分配状态：
db.table1.stats()
如下图所示：shard1总数：1664条
Shard2总数：1684条
Shard3总数：1652条
可以看到数据分到3个分片。已经成功了。
3. 后期运维
mongodbd的启动顺序是，先启动配置服务器，再启动分片，最后启动mongos。
mongod -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/config.conf
mongod -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard1.conf
mongod -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard2.conf
mongod -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/shard3.conf
mongos -f /opt/app/mongodbCluster369/conf/mongos.conf
关闭时，直接killall杀掉所有进程
killall mongodkillall mongos4. 问题发现：
问题一：--maxConnx过高
这与linux默认进程能打开最大文件数有关，可以通过ulimit解决.mongodb最大连接是20000
解决：ulimit -n 30000
问题二：报错is not electable under the new configuration version 1
解决：如果你设置的第一个节点是仲裁节点的话,那么设置登录设置节点状态的哪个客户端不能是仲裁节点,简单做法 换一个节点
参考资料：
http://www.ityouknow.com/mongodb/2017/08/05/mongodb-cluster-setup.html
https://www.cnblogs.com/smartloli/p/4305739.html
https://blog.csdn.net/caofeiliju/article/details/80193997
mongodb副本+分片集群添加用户认证密码
https://blog.csdn.net/uncle_david/article/details/78713551