Mongodb的副本集Replica Set和分片Sharding

MongoDB的主从复制存在以下问题：

主节点挂了能否自动切换连接？目前需要手工切换。

主节点的读写压力过大如何解决？

从节点每个上面的数据都是对数据库全量拷贝，从节点压力会不会过大？

数据压力大到机器支撑不了的时候能否做到自动扩展？

因此，MongoDB设计了副本集和分片的功能

由图可以看到客户端连接到整个副本集，不关心具体哪一台机器是否挂掉。主服务器负责整个副本集的读写，副本集定期同步数据备份，一但主节点挂掉，副本节点就会选举一个新的主服务器，这一切对于应用服务器不需要关心。我们看一下主服务器挂掉后的架构：

副本集中的副本节点在主节点挂掉后通过心跳机制检测到后，就会在集群内发起主节点的选举机制，自动选举一位新的主服务器。看起来很牛X的样子，我们赶紧操作部署一下！官方推荐的副本集机器数量为至少3个，那我们也按照这个数量配置测试。

例：我在同一台机器上的操作

cd mongod

方式一：

mkdir data/rs0-0 data/rs0-1 data/rs0-2

开启三个mongod进程，跟启普通的mongod进程基本相同，不同的跟了--replSet选项，rs0是该副本集的名称。

#./bin/mongod --dbpath=data/rs0-1/ --logpath=log/rs0-1.log --port=37018 --bind_ip 10.8.8.162 --fork --replSet rs0
#./bin/mongod --dbpath=data/rs0-2/ --logpath=log/rs0-2.log --port=37019 --bind_ip 10.8.8.162 --fork --replSet rs0
#./bin/mongod --dbpath=data/rs0-0/ --logpath=log/rs0-0.log --port=37017 --bind_ip 10.8.8.162 --fork --replSet rs0

然后我们用mongo shell连上端口为37017的mongod:

#./bin/mongo --port 37017 --host 10.8.8.162

设置副本集rs0

接着我们需要初始化一个Replica Set:首先创建一个副本集配置对象：

>  rsconf={"_id":"rs0","members":[{"_id":0,"host":"10.8.8.162:37017"}]}
{
    "_id" : "rs0",
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "host" : "10.8.8.162:37017"
        }
    ]
}
> rs.initiate(rsconf)  ###然后用rs.initiate()进程初始化###
{
    "info" : "Config now saved locally.  Should come online in about a minute.",
    "ok" : 1
}
> rs.status()##会发现37017这个端口的mongod进程默认就是PRIMARY##
{
    "set" : "rs0",
    "date" : ISODate("2014-04-18T06:46:14Z"),
    "myState" : 1,
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "10.8.8.162:37017",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",
            "uptime" : 399,
            "optime" : Timestamp(1397803396, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2014-04-18T06:43:16Z"),
            "self" : true
        }
    ],
    "ok" : 1
}
rs0:PRIMARY> rs.add("10.8.8.162:37018")##通过rs.add()将另外两个mongod添加到副本集当中##
{ "ok" : 1 }
rs0:PRIMARY> rs.add("10.8.8.162:37019")
{ "ok" : 1 }
rs0:PRIMARY> rs.status()##这个可能需要几分钟才能看见##
{
    "set" : "rs0",
    "date" : ISODate("2014-04-18T06:51:50Z"),
    "myState" : 1,
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "10.8.8.162:37017",
            "health" : 1,##1表明状态正常，0表示不正常##
            "state" : 1,##1表示PRIMARY，2表示SECONDARY##
            "stateStr" : "PRIMARY",
            "uptime" : 735,
            "optime" : Timestamp(1397803597, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2014-04-18T06:46:37Z"),
            "self" : true
        },
        {
            "_id" : 1,
            "name" : "10.8.8.162:37018",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 318,
            "optime" : Timestamp(1397803597, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2014-04-18T06:46:37Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2014-04-18T06:51:49Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2014-04-18T06:51:50Z"),
            "pingMs" : 0,
            "syncingTo" : "10.8.8.162:37017"
        },
        {
            "_id" : 2,
            "name" : "10.8.8.162:37019",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 313,
            "optime" : Timestamp(1397803597, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2014-04-18T06:46:37Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2014-04-18T06:51:49Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2014-04-18T06:51:49Z"),
            "pingMs" : 0,
            "syncingTo" : "10.8.8.162:37017"
        }
    ],
    "ok" : 1
}

在两个SECONDARY节点上

#./bin/mongo --port 37018 --host 10.8.8.162
MongoDB shell version: 2.4.5
connecting to: 10.8.8.162:37018/test
rs0:SECONDARY> rs.status();
 #./bin/mongo --port 37019 --host 10.8.8.162
MongoDB shell version: 2.4.5
connecting to: 10.8.8.162:37019/test
rs0:SECONDARY> rs.status();

方式二

#./bin/mongod --dbpath=data/rs0-0/ --logpath=log/rs0-0.log --bind_ip 10.8.8.162 --fork --rest --logappend --replSet rs0 --port=30000
##注：--rest是为了打开web监控。http://10.8.8.162:31000/_replSet可以查看各个节点的状态
#./bin/mongod --dbpath=data/rs0-1/ --logpath=log/rs0-1.log --bind_ip 10.8.8.162 --fork --rest --logappend --replSet rs0 --port=30001
#./bin/mongod --dbpath=data/rs0-2/ --logpath=log/rs0-2.log --bind_ip 10.8.8.162 --fork --rest --logappend --replSet rs0 --port=30002
#./bin/mongod --dbpath=data/rs0-arb/ --logpath=log/rs0-arb.log --bind_ip 10.8.8.162 --fork --rest --logappend --replSet rs0 --port=40000
#./bin/mongo --port 30000 --host 10.8.8.162
MongoDB shell version: 2.4.5
connecting to: 10.8.8.162:30000/test
> rs.conf()
null
> use admin
switched to db admin
> db.runCommand({"replSetInitiate" : {
...  "_id":"rs0",##这个键指明了副本集的名称，必须与气动mongod进程时指定的名称一致！##
...  "members":[ ##这个键指明服务器列表，我们以后还可以往副本集中加入服务器##
... {"_id":0,"host":"10.8.8.162:30000","priority":2},##“id”内嵌文档的键，用于唯一标示副本集中的某一台服务器."priority ：N，优先级，指明一个服务器的优先级，默认为1，可以是[0,1000]，通过这个我们可以指明副本集某台服务器节点初始为活跃节点"##
... {"_id":1,"host":"10.8.8.162:30001","priority":3},
... {"_id":2,"host":"10.8.8.162:30002","priority":4},
... {"_id":3,"host":"10.8.8.162:40000","arbiterOnly":"true"}##arbiterOnly ：true，仲裁节点，特定指明某个服务器节点为仲裁节点，仲裁节点不会复制数据，不会成为活跃节点，其存在的目的只有一个：当前活跃节点失效后，副本集内重新投票选活跃节点时，防止出现僵局！##
... ]
... }
... }
... )；
{
    "info" : "Config now saved locally.  Should come online in about a minute.",
    "ok" : 1
}
rs0:SECONDARY> rs.status();##这个可能需要数分钟才能正常显示！##
{
    "set" : "rs0",
    "date" : ISODate("2014-04-18T09:06:41Z"),
    "myState" : 2,
    "syncingTo" : "10.8.8.162:30002",
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "10.8.8.162:30000",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 1411,
            "optime" : Timestamp(1397811410, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2014-04-18T08:56:50Z"),
            "self" : true
        },
        {
            "_id" : 1,
            "name" : "10.8.8.162:30001",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 591,
            "optime" : Timestamp(1397811410, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2014-04-18T08:56:50Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2014-04-18T09:06:39Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2014-04-18T09:06:39Z"),
            "pingMs" : 0,
            "syncingTo" : "10.8.8.162:30002"
        },
        {
            "_id" : 2,
            "name" : "10.8.8.162:30002",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",
            "uptime" : 591,
            "optime" : Timestamp(1397811410, 1),
            "optimeDate" : ISODate("2014-04-18T08:56:50Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2014-04-18T09:06:40Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2014-04-18T09:06:39Z"),
            "pingMs" : 0,
            "syncingTo" : "10.8.8.162:30000"##开始我觉得这里有些奇怪！当我用30002这个PRIMARY节点登陆之后再查看，显示就正常了！##
        },
        {
            "_id" : 3,
            "name" : "10.8.8.162:40000",
            "health" : 1,
            "state" : 7,
            "stateStr" : "ARBITER",
            "uptime" : 562,
            "lastHeartbeat" : ISODate("2014-04-18T09:06:40Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2014-04-18T09:06:40Z"),
            "pingMs" : 0
        }
    ],
    "ok" : 1
}

至此，Mongod的副本集rs0就做完了！

节点切换

   kill掉37017端口的mongod进程

#./bin/mongo --port 37018 --host 10.8.8.162
MongoDB shell version: 2.4.5
connecting to: 10.8.8.162:37018/test
rs0:SECONDARY> rs.status();
#./bin/mongo --port 37018 --host 10.8.8.162###会发现37019端口的mongod进程变成了PRIMARY#
MongoDB shell version: 2.4.5
connecting to: 10.8.8.162:37018/test
rs0:PRIMARY> rs.status();

此时，在作为PRIMARY节点的37109进程上就可以查看数据！

再把37017端口的mongod进程启动

#rm -fr data/rs0-0/*
#rm -fr log/rs0-0.log
#./bin/mongod --dbpath=data/rs0-0/ --logpath=log/rs0-0.log --port=37017 --bind_ip 10.8.8.162 --fork --replSet rs0

会发现37019依然还是PRIMARY，而重启起来的37017就是SECONDARY

但，此时在PRIMARY节点上插入数据，在SECONDARY节点是不可以进行数据查看的！因为mongodb默认是从主节点读写数据的，副本节点上不允许读，需要设置副本节点可以读。

#./bin/mongo --port 37017 --host 10.8.8.162
MongoDB shell version: 2.4.5
connecting to: 10.8.8.162:37017/test
rs0:SECONDARY> show dbs##能够查看有哪些数据库##
local   8.07421875GB
test    0.203125GB
rs0:SECONDARY> use test
switched to db test
rs0:SECONDARY> show collections;##但是不能查看数据##
Fri Apr 18 15:35:55.525 JavaScript execution failed: error: { "$err" : "not master and slaveOk=false", "code" : 13435 } at src/mongo/shell/query.js:L128
rs0:SECONDARY> rs.slaveOk()##开启从库查询功能，或者用db.getMongo().setSlaveOk()##
rs0:SECONDARY> show collections;
system.indexes
table1
rs0:SECONDARY> db.table1.find()
{ "_id" : ObjectId("5350cbe620f384efd9ac5583"), "x" : 1 }
{ "_id" : ObjectId("5350d5b974b8eddf14724359"), "id" : 1, "name" : "ycy" }
{ "_id" : ObjectId("5350d60174b8eddf1472435a"), "id" : 2, "name" : "yu" }
rs0:SECONDARY> db.table1.insert({"id":3,"age":26})##在SECONDARY节点上插入数据是不行的，看来是PRIMARY是读写、SECONDARY是只读##
not master

增加、删除节点

rs0:PRIMARY> rs.remove("10.8.8.162:37017")##从副本集rs0中删除一个节点##
Fri Apr 18 16:22:49.591 DBClientCursor::init call() failed
Fri Apr 18 16:22:49.593 JavaScript execution failed: Error: error doing query: failed at src/mongo/shell/query.js:L78
Fri Apr 18 16:22:49.594 trying reconnect to 10.8.8.162:37019
Fri Apr 18 16:22:49.595 reconnect 10.8.8.162:37019 ok
rs0:PRIMARY> rs.add("10.8.8.162:37017")##再把删除的节点添加进来##
{ "down" : [ "10.8.8.162:37017" ], "ok" : 1 }

如果我想让300这个端口的Mongod进程升级为PRIMORY节点

rs0:PRIMARY> cfg=rs.conf()
rs0:PRIMARY> cfg.members[0].priority = 5##设置“id”为“0”的节点，priority为5##
5
rs0:PRIMARY> rs.reconfig(cfg)
rs0:SECONDARY> rs.conf()##查看配置文件，就会发现30001的priority变成5##
rs0:SECONDARY> rs.status();##过几分钟再看，就会发现30001变成了PRIMARY节点##

注：此操作必须在PROMARY节点上进行！

副本集（replica set）

MongoDB的replica set是一个mongod进程实例簇，数据在这个簇中相互复制，并自动进行故障切换。

MongoDB的数据库复制增加了冗余，确保了高可用性，简化了管理任务如备份，并且增加了读能力。大多数产品部署都使用了复制。MongoDB中primary处理写操作，其它进行复制的成员则是secondaries。

一个副本集可以最多支持12个成员，但是只有7个成员可以参与投票。

注：MongoDB同时提供了传统的master/slave复制，这种复制的操作方法与副本集相同，但是master/slave复制不支持自动故障切换。很容易理解，主备模式下，cli端是指定了地址和端口进行mongodb的访问的，而副本集模式则是通过访问mongos来隐藏动态切换的。