『MongoDB』MongoDB部署架构——复制集篇（Replica Set）

Posted 2022-01-16 广海_小疯疯丶

目录

• 一、复制集机制及原理
• • 1 复制集的作用
  • 2 典型复制集结构
  • 3 数据是如何复制的？
  • 4 通过选举完成故障恢复
  • 5 影响选举的因素
  • 6 复制集节点常见选项
  • 7 复制集注意事项
• 二、搭建 MongoDB 复制集
• • 1 搭建准备
  • 2 复制集节点创建
  • • 2.1 在Linux原生环境下搭建
    • • 2.1.1 创建数据目录
      • 2.1.2 准备配置文件
      • 2.1.3 启动 MongoDB 进程
    • 2.2 在Windows下搭建
    • • 2.2.1 创建数据目录
      • 2.2.2 准备配置文件
      • 2.2.3 启动 MongoDB 进程
  • 3 配置复制集
  • 4 验证

一、复制集机制及原理

1 复制集的作用

• MongoDB 复制集的主要意义在于实现服务高可用

• 它的现实依赖于两个方面的功能：
  1.数据写入时将数据迅速复制到另一个独立节点上
  2.在接受写入的节点发生故障时自动选举出一个新的替代节点

• 在实现高可用的同时，复制集实现了其他几个附加作用：
  1.数据分发：将数据从一个区域复制到另一个区域，减少另一个区域的读延迟
  2.读写分离：不同类型的压力分别在不同的节点上执行
  3.异地容灾：在数据中心故障时候快速切换到异地

2 典型复制集结构

• 一个典型的复制集由3个以上具有投票权的节点组成，包括：

1. 一个主节点（PRIMARY）：接受写入操作和选举时投票
2. 两个（或多个）从节点（SECONDARY）：复制主节点上的新数据和选举时投票
3. 不推荐使用 Arbiter（投票节点/仲裁节点）
   

3 数据是如何复制的？

• 当一个修改操作，无论是插入、更新或删除，到达主节点时，它对数据的操作将被记录下来（经过一些必要的转换），这些记录称为 oplog。

• 从节点通过在主节点上打开一个 tailable 游标不断获取新进入主节点的 oplog，并在自己的数据上回放，以此保持跟主节点的数据一致。

4 通过选举完成故障恢复

• 具有投票权的节点之间两两互相发送心跳；
• 当5次心跳未收到时判断为节点失联；
• 如果失联的是主节点，从节点会发起选举，选出新的主节点；
• 如果失联的是从节点则不会产生新的选举；
• 选举基于 RAFT一致性算法 实现，选举成功的必要条件是大多数投票节点存活；
• 复制集中最多可以有50个节点，但具有投票权的节点最多7个。

5 影响选举的因素

• 整个集群必须有大多数节点存活；

• 被选举为主节点的节点必须：

1. 能够与多数节点建立连接
2. 具有较新的 oplog
3. 具有较高的优先级（如果有配置）

6 复制集节点常见选项

• 是否具有投票权（v 参数）：有则参与投票；
• 优先级（priority 参数）：优先级越高的节点越优先成为主节点。优先级为0的节点无法成为主节点；
• 隐藏（hidden 参数）：复制数据，但对应用不可见。隐藏节点可以具有投票仅，但优先级必须为0；
• 延迟（slaveDelay 参数）：复制 n 秒之前的数据，保持与主节点的时间差。

7 复制集注意事项

• 关于硬件：
  因为正常的复制集节点都有可能成为主节点，它们的地位是一样的，因此硬件配置上尽可能一致；
  为了保证节点不会同时宕机，各节点使用的硬件必须具有独立性。

• 关于软件：
  复制集各节点软件版本必须一致，以避免出现不可预知的问题。

• 增加节点不会增加系统写性能！！！

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二、搭建 MongoDB 复制集

搭建目标
本实验中，我将通过在一台机器上运行3个实例来搭建一个最简单的复制集。我将会带展示以下几点：

• 如何启动一个 MongoDB 实例
• 如何将3个 MongoDB 实例搭建成一个复制集
• 如何对复制集运行参数做一些常规调整

1 搭建准备

• 安装最新的 MongoDB 版本

• Windows 系统请事先配置好 MongoDB 可执行文件的环境变量

• Linux 和 Mac 系统请配置 PATH 变量

• 确保有 10GB 以上的硬盘空间

2 复制集节点创建

MongoDB 启动时将使用一个数据目录存放所有数据文件。我们将为3个复制集节点创建各自的数据目录。

2.1 在Linux原生环境下搭建

2.1.1 创建数据目录

• mkdir -p /data/db1,2,3

2.1.2 准备配置文件

复制集的每个mongod进程应该位于不同的服务器。现在在一台机器上运行3个进程，因此要为它们各自配置：

• 不同的端口。示例中将使用28017/28018/28019

• 不同的数据目录。示例中将使用：
  /data/db1
  /data/db2
  /data/db3

• 不同日志文件路径。示例中将使用：
  /data/db1/mongod.log
  /data/db2/mongod.log
  /data/db3/mongod.log

• 在相应的数据目录下创建以下mongod.conf文件，注意：#注释的代表那行是需要修改的

# /data/db1/mongod.conf  
systemLog:
	destination: file
	path: /data/db1/mongod.log # log path
	logAppend: true
storage:
	dbPath: /data/db1 # data directory
net:
	bindIp: 0.0.0.0  port: 28017	# port
replication:
	replSetName: rs0
processManagement:
	fork: true

2.1.3 启动 MongoDB 进程

mongod -f /data/db1/mongod.conf  
mongod -f /data/db2/mongod.conf  
mongod -f /data/db3/mongod.conf

注意：如果启用了 SELinux，可能阻止上述进程启动。简单起见请关闭 SELinux。

如果以上步骤都已完成，那么离成功就差一小步了，跳到第三点查看复制集的配置。

2.2 在Windows下搭建

2.2.1 创建数据目录

• md c:\\data\\db1
• md c:\\data\\db2
• md c:\\data\\db3

2.2.2 准备配置文件

复制集的每个mongod进程应该位于不同的服务器。现在在一台机器上运行3个进程，因此要为它们各自配置：

• 不同的端口。示例中将使用28017/28018/28019

• 不同的数据目录。示例中将使用：
  c:\\data\\db1
  c:\\data\\db2
  c:\\data\\db3

• 不同日志文件路径。示例中将使用：
  c:\\data\\db1\\mongod.log
  c:\\data\\db2\\mongod.log
  c:\\data\\db3\\mongod.log

• 在相应的数据目录下创建以下mongod.conf文件，注意：#注释的代表那行是需要修改的

# c:\\data\\db1\\mongod.conf  
systemLog:
	destination: file
	path: c:\\data1\\mongod.log  # 日志文件路径
	logAppend: true
storage:
	dbPath: c:\\data1 # 数据目录
net:
	bindIp: 0.0.0.0
	port: 28017	# 端口
replication: 
	 replSetName: rs0

2.2.3 启动 MongoDB 进程

mongod -f c:\\data1\\mongod.conf  
mongod -f c:\\data2\\mongod.conf  
mongod -f c:\\data3\\mongod.conf

因为 Windows 不支持 fork，以上命令需要在3个不同的窗口执行，执行后不可关闭窗口否则进程将直接结束。

3 配置复制集

# mongo --port 28017
> rs.initiate(
	_id: "rs0",  members: [
		_id: 0,
		host: "localhost:28017"
		,
		_id: 1,
		host: "localhost:28018"
		,
		_id: 2,
		host: "localhost:28019"
]

4 验证

• MongoDB 主节点进行写入

# mongo localhost:28017
> db.test.insert( a:1 )
> db.test.insert( a:2 );

• MongoDB 从节点进行读

# mongo localhost:28018
> rs.slaveOk()
> db.test.find()