MongoDB 分片的原理、搭建、应用

港控/mmm° 2022-04-17 00:54 141阅读 0赞

# **一、概念：** #

[分片][Link 1]（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）。通过一个名为mongos的路由进程进行操作，mongos知道数据和片的对应关系（通过配置服务器）。大部分使用场景都是解决磁盘空间的问题，对于写入有可能会变差（+++里面的说明+++），查询则尽量避免跨分片查询。使用分片的时机：

1，机器的磁盘不够用了。使用分片解决磁盘空间的问题。
    2，单个mongod已经不能满足写数据的性能要求。通过分片让写压力分散到各个分片上面，使用分片服务器自身的资源。
    3，想把大量数据放到内存里提高性能。和上面一样，通过分片使用分片服务器自身的资源。

# **二、部署安装： **前提是[安装][Link 2]了mongodb（本文用3.0测试） #

在搭建分片之前，先了解下分片中各个角色的作用。

① 配置服务器。是一个独立的mongod进程，保存集群和分片的元数据，即各分片包含了哪些数据的信息。最先开始建立，启用日志功能。像启动普通的mongod一样启动配置服务器，指定configsvr选项。不需要太多的空间和资源，配置服务器的1KB空间相当于真是数据的200MB。保存的只是数据的分布表。当服务不可用，则变成只读，无法分块、迁移数据。
    ② 路由服务器。即mongos，起到一个路由的功能，供程序连接。本身不保存数据，在启动时从配置服务器加载集群信息，开启mongos进程需要知道配置服务器的地址，指定configdb选项。
    ③ 分片服务器。是一个独立普通的mongod进程，保存数据信息。可以是一个副本集也可以是单独的一台服务器。

**部署环境：**3台机子

A：配置(3)、路由1、分片1；

B：分片2，路由2；

C：分片3

在部署之前先明白**片键**的意义，一个好的片键对分片至关重要。**片键必须是一个索引**，数据根据这个片键进行拆分分散。通过sh.shardCollection加会自动创建索引。一个自增的片键对写入和数据均匀分布就不是很好，因为自增的片键总会在一个分片上写入，后续达到某个阀值可能会写到别的分片。但是按照片键查询会非常高效。随机片键对数据的均匀分布效果很好。注意尽量避免在多个分片上进行查询。在所有分片上查询，mongos会对结果进行归并排序。

启动上面这些服务，因为在后台运行，所以用配置文件启动，[配置文件说明][Link 3]。

**1）**配置服务器的启动。(A上开启3个，Port：20000、21000、22000)

配置服务器是一个普通的mongod进程，所以只需要新开一个实例即可。**配置服务器必须开启1个或则3个，开启2个则会报错**：

BadValue need either 1 or 3 configdbs

因为要放到后台用用配置文件启动，需要修改配置文件：

/etc/mongod\_20000.conf

![复制代码][copycode.gif]

#数据目录
    dbpath=/usr/local/config/
    #日志文件
    logpath=/var/log/mongodb/mongodb_config.log
    #日志追加
    logappend=true
    #端口
    port = 20000
    #最大连接数
    maxConns = 50
    pidfilepath = /var/run/mongo_20000.pid
    #日志,redo log
    journal = true
    #刷写提交机制
    journalCommitInterval = 200
    #守护进程模式
    fork = true
    #刷写数据到日志的频率
    syncdelay = 60
    #storageEngine = wiredTiger
    #操作日志,单位M
    oplogSize = 1000
    #命名空间的文件大小,默认16M，最大2G。
    nssize = 16
    noauth = true
    unixSocketPrefix = /tmp
    configsvr = true

![复制代码][copycode.gif]

/etc/mongod\_21000.conf

![复制代码][copycode.gif]

数据目录
    dbpath=/usr/local/config1/
    #日志文件
    logpath=/var/log/mongodb/mongodb_config1.log
    #日志追加
    logappend=true
    #端口
    port = 21000
    #最大连接数
    maxConns = 50
    pidfilepath = /var/run/mongo_21000.pid
    #日志,redo log
    journal = true
    #刷写提交机制
    journalCommitInterval = 200
    #守护进程模式
    fork = true
    #刷写数据到日志的频率
    syncdelay = 60
    #storageEngine = wiredTiger
    #操作日志,单位M
    oplogSize = 1000
    #命名空间的文件大小,默认16M，最大2G。
    nssize = 16
    noauth = true
    unixSocketPrefix = /tmp
    configsvr = true

![复制代码][copycode.gif]

开启配置服务器：

![复制代码][copycode.gif]

root@mongo1:~# mongod -f /etc/mongod_20000.conf 
    about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
    forked process: 8545
    child process started successfully, parent exiting
    
    root@mongo1:~# mongod -f /etc/mongod_21000.conf 
    about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
    forked process: 8595
    child process started successfully, parent exiting

![复制代码][copycode.gif]

同理再起一个22000端口的配置服务器。

![ContractedBlock.gif][]

**2）**路由服务器的启动。(A、B上各开启1个，Port：30000)

路由服务器不保存数据，把日志记录一下即可。

![复制代码][copycode.gif]

# mongos
    
    #日志文件
    logpath=/var/log/mongodb/mongodb_route.log
    #日志追加
    logappend=true
    #端口
    port = 30000
    #最大连接数
    maxConns = 100
    #绑定地址
    #bind_ip=192.168.200.*,...,
    
    pidfilepath = /var/run/mongo_30000.pid
    
    configdb=192.168.200.A:20000,192.168.200.A:21000,192.168.200.A:22000  #必须是1个或则3个配置 。

#configdb=127.0.0.1:20000  #报错

#守护进程模式 fork = true

![复制代码][copycode.gif]

其中最重要的参数是**configdb，不能在其后面带的配置服务器的地址写成localhost或则127.0.0.1，需要设置成其他分片也能访问的地址，即192.168.200.A:20000/21000/22000。否则在addshard的时候会报错：**

{
    "ok" : 0,
    "errmsg" : "can't use localhost as a shard since all shards need to communicate. either use all shards and configdbs in localhost or all in actual IPs  host: 172.16.5.104:20000 isLocalHost:0"
    }

开启mongos：

root@mongo1:~# mongos -f /etc/mongod_30000.conf 
    2015-07-10T14:42:58.741+0800 W SHARDING 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: 8965
    child process started successfully, parent exiting

**3）**分片服务器的启动：

就是一个普通的mongod进程：

root@mongo1:~# mongod -f /etc/mongod_40000.conf 
    note: noprealloc may hurt performance in many applications
    about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
    forked process: 9020
    child process started successfully, parent exiting

A服务器上面的服务开启完毕

root@mongo1:~# ps -ef | grep mongo
    root      9020     1  0 14:47 ?        00:00:06 mongod -f /etc/mongod_40000.conf
    root      9990     1  0 15:14 ?        00:00:02 mongod -f /etc/mongod_20000.conf
    root     10004     1  0 15:14 ?        00:00:01 mongod -f /etc/mongod_21000.conf
    root     10076     1  0 15:20 ?        00:00:00 mongod -f /etc/mongod_22000.conf
    root     10096     1  0 15:20 ?        00:00:00 mongos -f /etc/mongod_30000.conf

按照上面的方法再到B上开启分片服务和路由服务(配置文件一样)，以及在C上开启分片服务。到此分片的配置服务器、路由服务器、分片服务器都已经部署完成。

**三、配置分片：**下面的操作都是在mongodb的命令行里执行

**1）添加分片**：**sh.addShard("IP:Port") **

登陆路由服务器**mongos** 操作：

root@mongo1:~# mongo --port=30000
    MongoDB shell version: 3.0.4
    connecting to: 127.0.0.1:30000/test
    mongos>

添加分片：

![复制代码][copycode.gif]

mongos> sh.status()    #查看集群的信息
    --- Sharding Status --- 
      sharding version: {
        "_id" : 1,
        "minCompatibleVersion" : 5,
        "currentVersion" : 6,
        "clusterId" : ObjectId("559f72470f93270ba60b26c6")
    }
      shards:
      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" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
    
    mongos> sh.addShard("192.168.200.A:40000") #添加分片
    { "shardAdded" : "shard0000", "ok" : 1 }
    mongos> sh.addShard("192.168.200.B:40000") #添加分片
    { "shardAdded" : "shard0001", "ok" : 1 }
    mongos> sh.addShard("192.168.200.C:40000") #添加分片
    { "shardAdded" : "shard0002", "ok" : 1 }
    
    mongos> sh.status()    #查看集群信息
    --- Sharding Status --- 
      sharding version: {
        "_id" : 1,
        "minCompatibleVersion" : 5,
        "currentVersion" : 6,
        "clusterId" : ObjectId("559f72470f93270ba60b26c6")
    }
      shards:  #分片信息
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "192.168.200.A:40000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "192.168.200.B:40000" }
        {  "_id" : "shard0002",  "host" : "192.168.200.C:40000" }
      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" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }

![复制代码][copycode.gif]

**2）开启分片功能：sh.enableSharding("库名")、sh.shardCollection("库名.集合名",\{"key":1\})**

![复制代码][copycode.gif]

mongos> sh.enableSharding("dba")  #首先对数据库启用分片
    { "ok" : 1 }
    mongos> sh.status()               #查看分片信息
    --- Sharding Status ---...
    ...
      databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "dba",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
    
    mongos> sh.shardCollection("dba.account",{"name":1})    #再对集合进行分片，name字段是片键。片键的选择：利于分块、分散写请求、查询数据。
    { "collectionsharded" : "dba.account", "ok" : 1 }
    mongos> sh.status()
    --- Sharding Status ---...
      shards:
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "192.168.200.51:40000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "192.168.200.52:40000" }
        {  "_id" : "shard0002",  "host" : "192.168.200.53:40000" }
    ...
      databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "dba",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }  #库
            dba.account
                shard key: { "name" : 1 }                                    #集合
                chunks:
                    shard0000    1
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(1, 0)

![复制代码][copycode.gif]

上面加粗部分表示分片信息已经配置完成。要是出现：

too many chunks to print, use verbose if you want to force print

想要看到详细的信息则需要执行：

mongos> sh.status({"verbose":1})
    或则
    mongos> db.printShardingStatus("vvvv")
    或则
    mongos> printShardingStatus(db.getSisterDB("config"),1)

**四、测试** ：对dba库的account集合进行测试，随机写入，查看是否分散到3个分片中。

判断是否为shard：db.runCommand(\{isdbgrid:1\})

mongos> db.runCommand({
      isdbgrid:1})
    { "isdbgrid" : 1, "hostname" : "mongo3c", "ok" : 1 }

通过一个python脚本进行随机写入：分别向A、B 2个mongos各写入10万条记录。

![ContractedBlock.gif][]

查看是否分片：**db.collection.stats()**

![复制代码][copycode.gif]

mongos> db.account.stats() #查看集合的分布情况
    ...
    ...
        "shards" : {
            "shard0000" : {
                "ns" : "dba.account",
                "count" : 89710,
                "size" : 10047520,
    ...
    ...
            "shard0001" : {
                "ns" : "dba.account",
                "count" : 19273,
                "size" : 2158576,
    ...
    ...
            "shard0002" : {
                "ns" : "dba.account",
                "count" : 91017,
                "size" : 10193904,
    ...
    ...

![复制代码][copycode.gif]

上面加粗部分为集合的基本信息，可以看到分片成功，各个分片都有数据(count)。到此MongoDB分片集群搭建成功。

\++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

感兴趣的同学可以看下面这个比较有趣的现象：

![复制代码][copycode.gif]

#在写之前分片的基本信息：
    mongos> sh.status()
    --- Sharding Status --- 
    ...
    ...
      databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "dba",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
            dba.account
                shard key: { "name" : 1 }
                chunks:
                    shard0000    1
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(1, 0)   #可以看到这里片键的写入，都是写在shard0000里面的。
    
    #在写期间的分片基本信息：
    mongos> sh.status()
    --- Sharding Status --- 
    ...
    ...
      databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "dba",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
            dba.account
                shard key: { "name" : 1 }
                chunks:          #数据块分布
                    shard0000    1
                    shard0001    1
                    shard0002    1
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } on : shard0001 Timestamp(2, 0) 
                { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } -->> { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } on : shard0002 Timestamp(3, 0) 
                { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(3, 1)   #可以看到片键写入的基本分布
    
    #在写完成后的基本信息：
    mongos> sh.status()
    --- Sharding Status --- 
    ...
    ...
      databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "dba",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
            dba.account
                shard key: { "name" : 1 }
                chunks:          #数据块分布
                    shard0000    2
                    shard0001    1
                    shard0002    2
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } on : shard0001 Timestamp(2, 0) 
                { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } -->> { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } on : shard0000 Timestamp(4, 0) 
                { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } -->> { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } on : shard0002 Timestamp(4, 1) 
                { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } -->> { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } on : shard0002 Timestamp(3, 4) 
                { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(3, 1)  #最后片键写入的分布

![复制代码][copycode.gif]

上面加粗的信息对比上看到，本来在每个分片上都只有一个块，最后在shard0000、shard0002上有2个块，被拆分了。shard0001不变。这是因为mongos在收到写请求的时候，会检查当前块的拆分阀值点。到达该阀值的时候，会向分片发起一个拆分的请求。例子中shard0000和shard0002里的**块被拆分了。分片内的数据进行了迁移**（有一定的消耗），最后通过一个**均衡器**来对数据进行转移分配。所以在写入途中要是看到一个分片中集合的数量变小也是正常的。

balancer:  #均衡器
        Currently enabled:  yes
        Currently running:  yes   #正在转移
            Balancer lock taken at Fri Jul 10 2015 22:57:27 GMT+0800 (CST) by mongo2:30000:1436540125:1804289383:Balancer:846930886

**[均衡器][Link 4]**：均衡器负责数据迁移，周期性的检查分片是否存在不均衡，如果不存在则会开始块的迁移，config.locks集合里的state表示均衡器是否找正在运行，0表示非活动状态，2表示正在均衡。均衡迁移数据的过程会增加系统的负载：目标分片必须查询源分片的所有文档，将文档插入目标分片中，再清除源分片的数据。可以关闭均衡器（不建议）：关闭会导致各分片数据分布不均衡，磁盘空间得不到有效的利用。

mongos> sh.setBalancerState(false)  #关闭自动均衡器，手动均衡，打开：sh.setBalancerState(true)
    mongos> db.settings.find()          #查看均衡器状态
    { "_id" : "balancer", "stopped" : true }

可以为均衡器设置一个均衡时间窗口：**activeWindow**

mongos> db.settings.update({"_id":"balancer"},{"$set":{"activeWindow":{"start":"08:00","stop":"02:00"}}},true)
    WriteResult({ "nMatched" : 1, "nUpserted" : 0, "nModified" : 1 })
    mongos> db.settings.find({"_id":"balancer"})
    { "_id" : "balancer", "stopped" : false, "activeWindow" : { "start" : "08:00", "stop" : "02:00" } }

上面说明：均衡只会在早上8点到凌晨2点进行均衡操作。均衡器是以块的数量作为迁移指标，而非数据大小，**块的大小默认是64M**，可以修改:(**config.settings**)

mongos> db.settings.find()
    { "_id" : "chunksize", "value" : 64 }
    mongos> db.settings.save({"_id":"chunksize","value":32})
    WriteResult({ "nMatched" : 1, "nUpserted" : 0, "nModified" : 1 })
    mongos> db.settings.find()
    { "_id" : "chunksize", "value" : 32 }

上面把块的默认大小改成了32M，除了通过均衡器自动迁移外，还可以**手动迁移数据**：**sh.moveChunk("db.collection",\{块地址\},"新片名称")**

![复制代码][copycode.gif]

mongos> db.chunks.find({"_id" : "abc.account-name_\"wPeFnJEvendSTbH\""}).pretty() #先到config.chunks上任意找一个块
    {
        "_id" : "abc.account-name_\"wPeFnJEvendSTbH\"",
        "lastmod" : Timestamp(3, 1),
        "lastmodEpoch" : ObjectId("55a52ff1fdd9a605a0371327"),
        "ns" : "abc.account",
        "min" : {
            "name" : "wPeFnJEvendSTbH"              #被移动的块
        },
        "max" : {
            "name" : { "$maxKey" : 1 }
        },
        "shard" : "shard0000"                       #原先所在的分片
    }
    mongos> sh.moveChunk("abc.account",{"name" : "wPeFnJEvendSTbH"},"mablevi")  #把abc.account集合中包含name(片键)为""的快迁移到mablevi分片中
    { "millis" : 6800, "ok" : 1 }
    mongos> db.chunks.find({"_id" : "abc.account-name_\"wPeFnJEvendSTbH\""}).pretty()  
    {
        "_id" : "abc.account-name_\"wPeFnJEvendSTbH\"",
        "lastmod" : Timestamp(5, 0),
        "lastmodEpoch" : ObjectId("55a52ff1fdd9a605a0371327"),
        "ns" : "abc.account",
        "min" : {
            "name" : "wPeFnJEvendSTbH"
        },
        "max" : {
            "name" : { "$maxKey" : 1 }
        },
        "shard" : "mablevi"                        #已被迁移到新片
    }

![复制代码][copycode.gif]

上面是手动移动数据的操作，数据被移动。 要是块超出了64M限制【原因是片键没选好(日期、状态值等)，导致一个块无限增大】，则无法进行自动均衡，无法分块。有2个办法：1是加大块的大小(**setting**)，2是拆分**sh.splitAt()**（推荐）。

所以要是遇到分片写入比单点**写入慢就是因为分片路由服务（mongos）需要维护元数据、数据迁移、路由开销等**。

\++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

**五、高可用：Sharding+Replset**

上面的分片都是单点的，要是一个分片坏了，则数据会丢失，利用之前减少的副本集，能否把副本集加入到分片中？下面就来说明下。

**1）**添加副本集分片服务器（**mmm**副本集名称）：这里测试就只对一个分片加副本集，要实现完全的高可用就需要对所有分片加副本集，避免单点故障

一个普通的副本集：

![ContractedBlock.gif][]

现在需要把这个副本集加入到分片中：

![复制代码][copycode.gif]

mongos> sh.addShard("mmm/192.168.200.25:27017,192.168.200.245:27017,192.168.200.245:37017") #加入副本集分片
    { "shardAdded" : "mmm", "ok" : 1 }
    
    mongos> sh.status()
    --- Sharding Status --- 
    ...
    ...
    shards:
        {  "_id" : "mmm",  "host" : "mmm/192.168.200.245:27017,192.168.200.245:37017,192.168.200.25:27017" }
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "192.168.200.51:40000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "192.168.200.52:40000" }
        {  "_id" : "shard0002",  "host" : "192.168.200.53:40000" }
      balancer:
        Currently enabled:  yes
        Currently running:  no
        Failed balancer rounds in last 5 attempts:  0
        Migration Results for the last 24 hours: 
            4 : Success
      databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "dba",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
            dba.account
                shard key: { "name" : 1 }
                chunks:
                    mmm    1
                    shard0000    1
                    shard0001    1
                    shard0002    2
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } on : shard0001 Timestamp(2, 0) 
                { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } -->> { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } on : mmm Timestamp(5, 0) 
                { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } -->> { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } on : shard0002 Timestamp(4, 1) 
                { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } -->> { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } on : shard0002 Timestamp(3, 4) 
                { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(5, 1) 
        {  "_id" : "abc",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }   #未设置分片

![复制代码][copycode.gif]

上面加粗部分表示副本集分片已经成功加入，并且**新加入的分片会分到已有的分片数据**。

![复制代码][copycode.gif]

mongos> db.account.stats()
    ...
    ...
        "shards" : {
            "mmm" : {
                "ns" : "dba.account",
                "count" : 7723,        #后加入的分片得到了数据
                "size" : 741408,
                "avgObjSize" : 96,
                "storageSize" : 2793472,
                "numExtents" : 5,
                "nindexes" : 2,
                "lastExtentSize" : 2097152,
                "paddingFactor" : 1,
                "systemFlags" : 1,
                "userFlags" : 0,
                "totalIndexSize" : 719488,
                "indexSizes" : {
                    "_id_" : 343392,
                    "name_1" : 376096
                },
                "ok" : 1
            },
    ...
    ...

![复制代码][copycode.gif]

**2）**继续用python脚本写数据，填充到副本集中

由于之前的副本集是比较老的版本（2.4），所以在写入副本集分片的时候报错：

![复制代码][copycode.gif]

mongos> db.account.insert({"name":"UavMbMlfsz1OFrz"})
    WriteResult({
        "nInserted" : 0,
        "writeError" : {
            "code" : 83,
            "errmsg" : "write results unavailable from 192.168.200.25:27017 :: caused by :: Location28563 cannot send batch write operation to server 192.168.200.25:27017 (192.168.200.25)"
        }
    })

![复制代码][copycode.gif]

太混蛋了，错误提示不太人性化，搞了半天。所以说版本一致性还是很重要的。现在重新开了一个[副本集][Link 5]：

![ContractedBlock.gif][]

把之前的**副本集分片删除**了，如何删除见下面**3）。**

新的副本集加入分片中：

![复制代码][copycode.gif]

mongos> sh.addShard("mablevi/192.168.200.53:50000,192.168.200.53:50001,192.168.200.53:50002")
    { "shardAdded" : "mablevi", "ok" : 1 }
    
    mongos> sh.status()
    --- Sharding Status --- 
    ...
    ...
      shards:
        {  "_id" : "mablevi",  "host" : "mablevi/192.168.200.53:50000,192.168.200.53:50001,192.168.200.53:50002" }
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "192.168.200.51:40000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "192.168.200.52:40000" }
        {  "_id" : "shard0002",  "host" : "192.168.200.53:40000" }
    ...
    ...
            dba.account
                shard key: { "name" : 1 }
                chunks:
                    mablevi    1
                    shard0000    1
                    shard0001    1
                    shard0002    2
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } on : shard0001 Timestamp(2, 0) 
                { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } -->> { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } on : mablevi Timestamp(9, 0) #新加入的分片得到数据
                { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } -->> { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } on : shard0002 Timestamp(4, 1) 
                { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } -->> { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } on : shard0002 Timestamp(3, 4) 
                { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(9, 1) 
        {  "_id" : "abc",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "mablevi",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0001" }

![复制代码][copycode.gif]

继续用python写入操作：

![复制代码][copycode.gif]

mongos> db.account.stats()
    {
    ...
    ...
        "shards" : {
            "mablevi" : {
                "ns" : "dba.account",
                "count" : 47240,
                "size" : 5290880,
    ...
    ...

![复制代码][copycode.gif]

副本集的分片被写入了47240条记录。此时把副本集分片的Primary shutdown掉，再查看：

![复制代码][copycode.gif]

mongos> db.account.stats()
    {
        "sharded" : true,
        "code" : 13639,
        "ok" : 0,
        "errmsg" : "exception: can't connect to new replica set master [192.168.200.53:50000], err: couldn't connect to server 192.168.200.53:50000 (192.168.200.53), connection attempt failed"  #由于副本集的Primary被shutdown之后，选举新主还是要几秒的时间，期间数据不能访问，导致分片数据也不能访问
    }
    mongos> db.account.stats()
    ...
    ...
        "shards" : {
            "mablevi" : {
                "ns" : "dba.account",
                "count" : 47240,       #副本集新主选举完毕之后，分片数据访问正常。数据没有丢失，高可用得到了实现。
                "size" : 5290880,
    ...
    ...

![复制代码][copycode.gif]

要是让副本集分片只剩下一台（Secondary），则分片会报错：

![复制代码][copycode.gif]

mongos> db.account.stats()
    {
        "sharded" : true,
        "code" : 10009,
        "ok" : 0,
        "errmsg" : "exception: ReplicaSetMonitor no master found for set: mablevi" #数据不能访问
    }

![复制代码][copycode.gif]

**3）删除分片： db.runCommand(\{"removeshard":"mmm"\})**

要是觉得分片太多了，想删除，则：

![复制代码][copycode.gif]

mongos> use admin   #需要到admin下面删除
    switched to db admin
    mongos> db.runCommand({"removeshard":"mmm"})
    {
        "msg" : "draining started successfully",
        "state" : "started",   #开始删除，数据正在转移
        "shard" : "mmm",
        "ok" : 1
    }
    mongos> sh.status()
    --- Sharding Status ---...
    ...
      shards:
        {  "_id" : "mmm",  "host" : "mmm/192.168.200.245:27017,192.168.200.245:37017,192.168.200.25:27017",  "draining" : true }  #删除的分片数据移动到其他分片
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "192.168.200.51:40000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "192.168.200.52:40000" }
        {  "_id" : "shard0002",  "host" : "192.168.200.53:40000" }
    ...
    ...
      databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "dba",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
            dba.account
                shard key: { "name" : 1 }
                chunks:
                    shard0000    2
                    shard0001    1
                    shard0002    2
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } on : shard0001 Timestamp(2, 0) 
                { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } -->> { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } on : shard0000 Timestamp(8, 0) 
                { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } -->> { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } on : shard0002 Timestamp(4, 1) #这里已经没有了被删除分片信息
                { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } -->> { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } on : shard0002 Timestamp(3, 4) 
                { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(7, 1) 
        {  "_id" : "abc",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "mablevi",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0001" }
    
    mongos> db.runCommand({"removeshard":"mmm"})   #再次执行，直到执行成功，要是原来分片的数据比较大，这里比较费时，要是一个主分片则需要执行movePrimary
    {
        "msg" : "removeshard completed successfully",
        "state" : "completed",  #完成删除
        "shard" : "mmm",
        "ok" : 1
    }
    mongos> sh.status()
    --- Sharding Status ---...
      shards:   #分片消失
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "192.168.200.51:40000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "192.168.200.52:40000" }
        {  "_id" : "shard0002",  "host" : "192.168.200.53:40000" }
    ...
    ...
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } on : shard0001 Timestamp(2, 0) 
                { "name" : "5yyfY8mmR5HyhGJ" } -->> { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } on : shard0000 Timestamp(8, 0) 
                { "name" : "UavMbMlfszZOFrz" } -->> { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } on : shard0002 Timestamp(4, 1) #已经没有了被删除分片的信息
                { "name" : "t9LyVSNXDmf6esP" } -->> { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } on : shard0002 Timestamp(3, 4) 
                { "name" : "woQAv99Pq1FVoMX" } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(7, 1) 
        {  "_id" : "abc",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "mablevi",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0001" }

![复制代码][copycode.gif]

分片被删除之后，数据被移到其他分片中，不会丢失。要是想让**主分片进行转移**则(**movePrimary**):

mongos> db.adminCommand({"movePrimary":"test","to":"shard0001"}) #把test的主分片从shard0000迁移到shard0001

**刷新下配置服务器：db.adminCommand(\{"flushRouterConfig":1\})**

db.adminCommand({"flushRouterConfig":1})

最后来查看下**分片成员：db.runCommand(\{ listshards : 1 \})**

![复制代码][copycode.gif]

mongos> use admin  #需要进入admin才能执行
    switched to db admin
    mongos> db.runCommand({ listshards : 1 })
    {
        "shards" : [
            {
                "_id" : "shard0000",
                "host" : "192.168.200.51:40000"
            },
            {
                "_id" : "shard0001",
                "host" : "192.168.200.52:40000"
            },
            {
                "_id" : "shard0002",
                "host" : "192.168.200.53:40000"
            },
            {
                "_id" : "mablevi",
                "host" : "mablevi/192.168.200.53:50000,192.168.200.53:50001,192.168.200.53:50002"
            }
        ],
        "ok" : 1
    }

![复制代码][copycode.gif]

到此已经把MongoDB分片原理、搭建、应用大致已经介绍完。

**六、认证分配**

上面的所有操作都是在无账号密码下进行的，这样是不安全的，那如何使用账号密码呢？和副本级一样，需要添加**KeyFile**参数，但是针对上面的三个角色（config、mongos、mongod）账号密码怎么添加呢？官网上已经做了说明：[http://docs.mongodb.org/manual/tutorial/enable-authentication-in-sharded-cluster/][http_docs.mongodb.org_manual_tutorial_enable-authentication-in-sharded-cluster]。下面就对有**账号密码认证分片进行相关设置说明**。

首先要[创建账号][Link 6](Root角色)和生成一个**KeyFile**文件**，**其中mongos 不需要创建账号。

openssl rand -base64 741 > mongodb-keyfile
    chmod 600 mongodb-keyfile

其实这个文件也可以直接用明文，只要保证各个地方指定的文件是同一个就可以了。

**1）**mongd： 首先在mongod角色的分片成员上生成key file文件，特别注意的是有副本级的分片，再把这个文件分别复制到其他角色的服务器上。再添加参数：

auth = true
    keyFile = /usr/local/mongodb-keyfile

**2）**Config上添加参数：

auth = true
    keyFile = /usr/local/mongodb-keyfile

**3）**mongos上添加参数，因为mongos本来就是从config里加载数据的，所以只需要添加keyfile文件即可，不需要找上面createUser。

keyFile = /usr/local/mongodb-keyfile

最后重启各个服务，再进入mongos里查看：

![复制代码][copycode.gif]

root@mongo1:/usr/local# mongo --port=30000
    MongoDB shell version: 3.0.4
    connecting to: 127.0.0.1:30000/test
    mongos> sh.status()      #没有认证，没有权限报错。
    2015-07-14T23:42:11.800+0800 E QUERY    Error: error: { "$err" : "not authorized for query on config.version", "code" : 13 }
        at Error (<anonymous>)
        at DBQuery.next (src/mongo/shell/query.js:259:15)
        at DBCollection.findOne (src/mongo/shell/collection.js:189:22)
        at printShardingStatus (src/mongo/shell/shardingtest.js:659:55)
        at Function.sh.status (src/mongo/shell/utils_sh.js:60:5)
        at (shell):1:4 at src/mongo/shell/query.js:259
    mongos> use admin
    switched to db admin
    mongos> db.auth('dba','dba')   #认证
    1
    mongos> sh.status()            #有权限
    --- Sharding Status --- 
      sharding version: {
        "_id" : 1,
        "minCompatibleVersion" : 5,
        "currentVersion" : 6,
        "clusterId" : ObjectId("55a51ef18bd517d4acec5ef9")
    }
      shards:
        {  "_id" : "mablevi",  "host" : "mablevi/192.168.200.53:50000,192.168.200.53:50001,192.168.200.53:50002" }
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "192.168.200.51:40000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "192.168.200.52:40000" }
        {  "_id" : "shard0002",  "host" : "192.168.200.53:40000" }
      balancer:
      ...
      ...
      databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : false,  "primary" : "shard0000" }
        {  "_id" : "dba",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
            dba.account
                shard key: { "name" : 1 }
                chunks:
                    mablevi    1
                    shard0000    1
                    shard0001    2
                    shard0002    1
                { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "9XXqCaBhfhPIXLq" } on : mablevi Timestamp(2, 0) 
                { "name" : "9XXqCaBhfhPIXLq" } -->> { "name" : "RWINvgjYYQmbZds" } on : shard0002 Timestamp(4, 0) 
                { "name" : "RWINvgjYYQmbZds" } -->> { "name" : "jSPRBNH8rvnzblG" } on : shard0001 Timestamp(4, 1) 
                { "name" : "jSPRBNH8rvnzblG" } -->> { "name" : "okmjUUZuuKgftDC" } on : shard0001 Timestamp(3, 4) 
                { "name" : "okmjUUZuuKgftDC" } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(3, 1)

![复制代码][copycode.gif]

**七、分片备份、还原**

因为分片机制里面会有平衡器来迁移数据，所以各个分片里的数据很可能会移动，所以在**备份分片时需要做：**

**①：**先停止平衡器的工作，并检查没有chunk move动作，保证dump的时候没有进行数据迁移。

mongos> sh.stopBalancer()

**②：**锁定数据库，保证数据没有写入：在各个分片上和配置服务器上执行。

> db.fsyncLock()
    {
        "info" : "now locked against writes, use db.fsyncUnlock() to unlock",
        "seeAlso" : "http://dochub.mongodb.org/core/fsynccommand",
        "ok" : 1
    }

**③：**执行备份操作，备份各个分片服务器和配置服务器。

mongodump -udba -p12345 -d dba_test --authenticationDatabase admin -o backup/

**④：**解锁数据库，备份完成之后在分片和配置服务器上解锁数据库，允许修改。

> db.fsyncUnlock()
    { "ok" : 1, "info" : "unlock completed" }

当数据库出现问题，需要还原的时候，需要还原各个分片和配置服务器，并且重启MongoDB实例。还原数据库需要做：

**①：**还原各个分片和配置服务器。

mongorestore --host=127.0.0.1 --port=27017 -udba -p12345 -d dba_test --authenticationDatabase admin --drop backup/dba_test

**②：**重启各个实例

**总结：**

分片很好的解决了单台服务器磁盘空间、内存、cpu等硬件资源的限制问题，把数据水平拆分出去，降低单节点的访问压力。每个分片都是一个独立的数据库，所有的分片组合起来构成一个逻辑上的完整的数据库。因此，分片机制降低了每个分片的数据操作量及需要存储的数据量，达到多台服务器来应对不断增加的负载和数据的效果。后面文章还会继续对分片的其他方面进行说明介绍。

[Link 1]: http://docs.mongodb.org/manual/core/sharding-introduction/
[Link 2]: http://docs.mongodb.org/manual/tutorial/install-mongodb-on-ubuntu/
[Link 3]: http://www.cnblogs.com/zhoujinyi/p/3130231.html
[copycode.gif]: /images/20220417/3c266f22335d4a4e916750af648e079d.png
[ContractedBlock.gif]: /images/20220417/349c81d059944d1aa49cfde843b23a77.png
[Link 4]: http://docs.mongodb.org/manual/tutorial/manage-sharded-cluster-balancer/
[Link 5]: http://www.cnblogs.com/zhoujinyi/p/3554010.html
[http_docs.mongodb.org_manual_tutorial_enable-authentication-in-sharded-cluster]: http://docs.mongodb.org/manual/tutorial/enable-authentication-in-sharded-cluster/
[Link 6]: http://www.cnblogs.com/zhoujinyi/p/4610050.html