mongodb 3.4 集群搭建：分片+副本集

谁践踏了优雅 2022-05-20 04:15 250阅读 0赞

原文出处：http://www.ityouknow.com/mongodb/2017/08/05/mongodb-cluster-setup.html

mongodb是最常用的nosql数据库，在数据库排名中已经上升到了前六。这篇文章介绍如何搭建高可用的mongodb（分片+副本）集群。

在搭建集群之前，需要首先了解几个概念：路由，分片、副本集、配置服务器等。

## 相关概念 ##

先来看一张图：

![sharded-cluster-production-architecture.bakedsvg.svg][]

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，顾名思义为配置服务器，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。

## 环境准备 ##

系统系统 centos6.5  
三台服务器：192.168.0.75/84/86  
安装包： mongodb-linux-x86\_64-3.4.6.tgz

服务器规划

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>服务器75</th> 
   <th>服务器84</th> 
   <th>服务器86</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>mongos</td> 
   <td>mongos</td> 
   <td>mongos</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>config server</td> 
   <td>config server</td> 
   <td>config server</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>shard server1 主节点</td> 
   <td>shard server1 副节点</td> 
   <td>shard server1 仲裁</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>shard server2 仲裁</td> 
   <td>shard server2 主节点</td> 
   <td>shard server2 副节点</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>shard server3 副节点</td> 
   <td>shard server3 仲裁</td> 
   <td>shard server3 主节点</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

端口分配：

mongos：20000
    config：21000
    shard1：27001
    shard2：27002
    shard3：27003

## 集群搭建 ##

### 1、安装mongodb ###

#解压
    tar -xzvf mongodb-linux-x86_64-3.4.6.tgz -C /usr/local/
    #改名
    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 /usr/local/mongodb/conf
    mkdir -p /usr/local/mongodb/mongos/log
    mkdir -p /usr/local/mongodb/config/data
    mkdir -p /usr/local/mongodb/config/log
    mkdir -p /usr/local/mongodb/shard1/data
    mkdir -p /usr/local/mongodb/shard1/log
    mkdir -p /usr/local/mongodb/shard2/data
    mkdir -p /usr/local/mongodb/shard2/log
    mkdir -p /usr/local/mongodb/shard3/data
    mkdir -p /usr/local/mongodb/shard3/log

配置环境变量

vim /etc/profile
    # 内容
    export MONGODB_HOME=/usr/local/mongodb
    export PATH=$MONGODB_HOME/bin:$PATH
    # 使立即生效
    source /etc/profile

### 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 /usr/local/mongodb/conf/config.conf
    
    ## 配置文件内容
    pidfilepath = /usr/local/mongodb/config/log/configsrv.pid
    dbpath = /usr/local/mongodb/config/data
    logpath = /usr/local/mongodb/config/log/congigsrv.log
    logappend = true bind_ip = 0.0.0.0
    port = 21000
    fork = true
     
    #declare this is a config db of a cluster;
    configsvr = true
    
    #副本集名称
    replSet=configs
     
    #设置最大连接数
    maxConns=20000

启动三台服务器的config server

mongod -f /usr/local/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 --port 21000
    #config变量
    config = { 
    ...    _id : "configs",
    ...     members : [
    ...         { _id : 0, host : "192.168.0.75:21000" },
    ...         { _id : 1, host : "192.168.0.84:21000" },
    ...         { _id : 2, host : "192.168.0.86:21000" }
    ...     ]
    ... }
    
    #初始化副本集
    rs.initiate(config)

其中，”\_id” : “configs”应与配置文件中配置的 replicaction.replSetName 一致，”members” 中的 “host” 为三个节点的 ip 和 port

### 3、配置分片副本集(三台机器) ###

**设置第一个分片副本集**

配置文件

vi /usr/local/mongodb/conf/shard1.conf
    
    #配置文件内容
    #——————————————–
    pidfilepath = /usr/local/mongodb/shard1/log/shard1.pid
    dbpath = /usr/local/mongodb/shard1/data
    logpath = /usr/local/mongodb/shard1/log/shard1.log
    logappend = true bind_ip = 0.0.0.0
    port = 27001
    fork = true
     
    #打开web监控
    httpinterface=true rest=true
     
    #副本集名称
    replSet=shard1
     
    #declare this is a shard db of a cluster;
    shardsvr = true
     
    #设置最大连接数
    maxConns=20000

启动三台服务器的shard1 server

mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard1.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集

mongo --port 27001
    #使用admin数据库
    use admin
    #定义副本集配置，第三个节点的 "arbiterOnly":true 代表其为仲裁节点。
    config = { 
    ...    _id : "shard1",
    ...     members : [
    ...         { _id : 0, host : "192.168.0.75:27001" },
    ...         { _id : 1, host : "192.168.0.84:27001" },
    ...         { _id : 2, host : "192.168.0.86:27001” , arbiterOnly: true } ... ] ... } #初始化副本集配置 rs.initiate(config);

**设置第二个分片副本集**

配置文件

vi /usr/local/mongodb/conf/shard2.conf
    
    #配置文件内容
    #——————————————–
    pidfilepath = /usr/local/mongodb/shard2/log/shard2.pid
    dbpath = /usr/local/mongodb/shard2/data
    logpath = /usr/local/mongodb/shard2/log/shard2.log
    logappend = true bind_ip = 0.0.0.0
    port = 27002
    fork = true
     
    #打开web监控
    httpinterface=true rest=true
     
    #副本集名称
    replSet=shard2
     
    #declare this is a shard db of a cluster;
    shardsvr = true
     
    #设置最大连接数
    maxConns=20000

启动三台服务器的shard2 server

mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard2.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集

mongo --port 27002
    #使用admin数据库
    use admin
    #定义副本集配置
    config = { 
    ...    _id : "shard2",
    ...     members : [
    ...         { _id : 0, host : "192.168.0.75:27002"  , arbiterOnly: true },
    ...         { _id : 1, host : "192.168.0.84:27002" },
    ...         { _id : 2, host : "192.168.0.86:27002" }
    ...     ]
    ... }
    
    #初始化副本集配置
    rs.initiate(config);

**设置第三个分片副本集**

配置文件

vi /usr/local/mongodb/conf/shard3.conf
    
    #配置文件内容
    #——————————————–
    pidfilepath = /usr/local/mongodb/shard3/log/shard3.pid
    dbpath = /usr/local/mongodb/shard3/data
    logpath = /usr/local/mongodb/shard3/log/shard3.log
    logappend = true bind_ip = 0.0.0.0
    port = 27003
    fork = true
     
    #打开web监控
    httpinterface=true rest=true
     
    #副本集名称
    replSet=shard3
     
    #declare this is a shard db of a cluster;
    shardsvr = true
     
    #设置最大连接数
    maxConns=20000

启动三台服务器的shard3 server

mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard3.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集

mongo --port 27003
    #使用admin数据库
    use admin
    #定义副本集配置
    config = { 
    ...    _id : "shard3",
    ...     members : [
    ...         { _id : 0, host : "192.168.0.75:27003" },
    ...         { _id : 1, host : "192.168.0.84:27003" , arbiterOnly: true},
    ...         { _id : 2, host : "192.168.0.86:27003" }
    ...     ]
    ... }
    
    #初始化副本集配置
    rs.initiate(config);

### 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:（三台机器）

vi /usr/local/mongodb/conf/mongos.conf
    
    #内容
    pidfilepath = /usr/local/mongodb/mongos/log/mongos.pid
    logpath = /usr/local/mongodb/mongos/log/mongos.log
    logappend = true bind_ip = 0.0.0.0
    port = 20000
    fork = true
    
    #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
    configdb = configs/192.168.0.75:21000,192.168.0.84:21000,192.168.0.86:21000
     
    #设置最大连接数
    maxConns=20000

启动三台服务器的mongos server

mongos -f /usr/local/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 --port 20000
    #使用admin数据库
    use  admin
    #串联路由服务器与分配副本集
    sh.addShard("shard1/192.168.0.75:27001,192.168.0.84:27001,192.168.0.86:27001")
    sh.addShard("shard2/192.168.0.75:27002,192.168.0.84:27002,192.168.0.86:27002")
    sh.addShard("shard3/192.168.0.75:27003,192.168.0.84:27003,192.168.0.86:27003")
    #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。

#指定testdb分片生效
    db.runCommand( {  enablesharding :"testdb"});
    #指定数据库里需要分片的集合和片键
    db.runCommand( {  shardcollection : "testdb.table1",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 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  127.0.0.1:20000
    #使用testdb
    use  testdb;
    #插入测试数据
    for (var i = 1; i <= 100000; i++)
    db.table1.save({ id:i,"test1":"testval1"});
    #查看分片情况如下，部分无关信息省掉了
    db.table1.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！

## 后期运维 ##

### 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 /usr/local/mongodb/conf/config.conf
    mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard1.conf
    mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard2.conf
    mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard3.conf
    mongod -f /usr/local/mongodb/conf/mongos.conf

关闭时，直接killall杀掉所有进程

killall mongod
    killall mongos

[sharded-cluster-production-architecture.bakedsvg.svg]: /images/20220520/d2ec4da1a0ff4554b23fa29194744f94.png