MongoDBv4.0.18 Sharding 高可用集群搭建 (CentOS7.2)全网独有

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:
[root@node241 ~]# uname -a
Linux node241 3.10.0-957.el7.x86_64 #1 SMP Thu Nov 8 23:39:32 UTC 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
[root@node241 ~]# cat /etc/redhat-release
CentOS Linux release 7.6.1810 (Core)
[root@node240 ~]# rpm -qa | grep mongo
mongodb-org-mongos-4.0.18-1.el7.x86_64
mongodb-org-server-4.0.18-1.el7.x86_64
mongodb-org-shell-4.0.18-1.el7.x86_64
mongodb-org-tools-4.0.18-1.el7.x86_64
mongodb-org-4.0.18-1.el7.x86_64


节点功能清单:
功能节点       主机名:          IP              端口
mongos          node240    172.16.1.240     27017         
config             node241    172.16.1.241     27017
config             node241    172.16.1.241     27018
config             node241    172.16.1.241     27019
sharding         node242     172.16.1.242    27017
sharding         node243     172.16.1.243    27017
sharding         node244     172.16.1.244    27017


yum install lrzsz lsof vim nmap -y


cat >> /etc/rc.local << EOF
echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled
echo never > /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag
EOF


1.配置MongoDB的yum源
  vi /etc/yum.repos.d/mongodb-org-4.0.repo
[mongodb-org-4.0]
name=MongoDB Repository
baseurl=https://repo.mongodb.org/yum/redhat/7Server/mongodb-org/4.0/x86_64/
gpgcheck=1
enabled=1
gpgkey=https://www.mongodb.org/static/pgp/server-4.0.asc


这里可以修改 gpgcheck=0, 省去gpg验证。


# yum makecache


关闭防火墙:
systemctl stop firewalld
systemctl disable firewalld
systemctl mask firewalld
 sed -i 's/SELINUX=enforcing/SELINUX=disabled/g' /etc/sysconfig/selinux
setenforce 0


2.安装MongoDB


# yum install -y mongodb-org 


systemctl enable mongod




配置Sharding节点(三个节点)并配置Replica Set 集群:
各节点配置文件一样,如下:
[root@node242 mongo]#echo "rs.slaveOk()">>/root/.mongorc.js
[root@node242 mongo]# cat /etc/mongod.conf
# mongod.conf
# for documentation of all options, see:
#   http://docs.mongodb.org/manual/reference/configuration-options/


# where to write logging data.
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /var/log/mongodb/mongod.log


# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /var/lib/mongo
  journal:
    enabled: true
  engine: wiredTiger
  directoryPerDB: true
#  engine:
#  mmapv1:
#  wiredTiger:


# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /var/run/mongodb/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


# network interfaces
net:
  port: 27017
  bindIp: 0.0.0.0  # Enter 0.0.0.0,:: to bind to all IPv4 and IPv6 addresses or, alternatively, use the net.bindIpAll setting.




#security:


operationProfiling:
  slowOpThresholdMs: 10
  mode: "slowOp"
replication:
  oplogSizeMB: 50
  replSetName: "rs0"
  secondaryIndexPrefetch: "all"
sharding:
  clusterRole: shardsvr


## Enterprise-Only Options


#auditLog:


#snmp:


启动服务之前需要删除数据库目录下的所有文件:
[root@node244 ~]# cd /var/lib/mongo
[root@node244 mongo]# ls
collection-0--9142324971473654113.wt  index-3--9142324971473654113.wt  mongod.lock       WiredTiger.lock
collection-2--9142324971473654113.wt  index-5--9142324971473654113.wt  sizeStorer.wt     WiredTiger.turtle
collection-4--9142324971473654113.wt  index-6--9142324971473654113.wt  storage.bson      WiredTiger.wt
diagnostic.data                       journal                          WiredTiger
index-1--9142324971473654113.wt       _mdb_catalog.wt                  WiredTigerLAS.wt
[root@node244 mongo]# rm -rf ./*
[root@node244 mongo]# systemctl start mongod        #启动服务
[root@node244 mongo]# lsof -i:27017
COMMAND  PID   USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
mongod  5880 mongod   11u  IPv4  34384      0t0  TCP *:27017 (LISTEN)


在其中一个节点上创建集群:
[root@node242 mongo]# mongo
MongoDB shell version v4.0.18
connecting to: mongodb://127.0.0.1:27017/?gssapiServiceName=mongodb
Implicit session: session { "id" : UUID("96eb8591-b202-404c-9719-094d53efc8db") }
MongoDB server version: 4.0.18
> config={_id: "rs0", members:[{_id:0,host:"172.16.1.242:27017"},{_id:1,host:"172.16.1.243:27017"},{_id:2,host:"172.16.1.244:27017"}]}
{
        "_id" : "rs0",
        "members" : [
                {
                        "_id" : 0,
                        "host" : "172.16.1.242:27017"
                },
                {
                        "_id" : 1,
                        "host" : "172.16.1.243:27017"
                },
                {
                        "_id" : 2,
                        "host" : "172.16.1.244:27017"
                }
        ]
}
> rs.initiate(config)
{
        "ok" : 1,
        "operationTime" : Timestamp(1588068001, 1),
        "$clusterTime" : {
                "clusterTime" : Timestamp(1588068001, 1),
                "signature" : {
                        "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
                        "keyId" : NumberLong(0)
                }
        }
}
rs0:SECONDARY> rs.status();




安装config元数据配置服务器:需要配置三台Replica Set集群
首先要启动配置服务器和mongos,配置服务器需要最先启动,因为mongos会用到其上的配置信息,配置服务器的启动跟普通的mongod一样 
第一台配置:
[root@node241 ~]#echo "rs.slaveOk()">>/root/.mongorc.js
[root@node241 ~]# cat /etc/mongod.conf
# mongod.conf


# for documentation of all options, see:
#   http://docs.mongodb.org/manual/reference/configuration-options/


# where to write logging data.
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /var/log/mongodb/mongod.log


# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /var/lib/mongo
  journal:
    enabled: true
#  engine:
#  mmapv1:
#  wiredTiger:


# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /var/run/mongodb/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


# network interfaces
net:
  port: 27017
  bindIp: 0.0.0.0  # Enter 0.0.0.0,:: to bind to all IPv4 and IPv6 addresses or, alternatively, use the net.bindIpAll setting.




#security:


#operationProfiling:


replication:
  replSetName: configrs0  #配置服务器副本集不得使用与任何分片副本集相同的名称。
sharding:
  clusterRole: configsvr


## Enterprise-Only Options


#auditLog:


#snmp:




第二台配置
[root@node241 ~]# cat /etc/mongod_27018.conf
# mongod.conf


# for documentation of all options, see:
#   http://docs.mongodb.org/manual/reference/configuration-options/


# where to write logging data.
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /var/log/mongodb/mongod_27018.log


# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /var/lib/mongo_27018
  journal:
    enabled: true
#  engine:
#  mmapv1:
#  wiredTiger:


# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /var/run/mongodb/mongod27018.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


# network interfaces
net:
  port: 27018
  bindIp: 0.0.0.0  # Enter 0.0.0.0,:: to bind to all IPv4 and IPv6 addresses or, alternatively, use the net.bindIpAll setting.




#security:


#operationProfiling:


replication:
  replSetName: configrs0
sharding:
  clusterRole: configsvr


## Enterprise-Only Options


#auditLog:


#snmp:




第三台配置
[root@node241 ~]# cat /etc/mongod_27019.conf
# mongod.conf


# for documentation of all options, see:
#   http://docs.mongodb.org/manual/reference/configuration-options/


# where to write logging data.
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /var/log/mongodb/mongod_27019.log


# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /var/lib/mongo_27019
  journal:
    enabled: true
#  engine:
#  mmapv1:
#  wiredTiger:


# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /var/run/mongodb/mongod_27019.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


# network interfaces
net:
  port: 27019
  bindIp: 0.0.0.0  # Enter 0.0.0.0,:: to bind to all IPv4 and IPv6 addresses or, alternatively, use the net.bindIpAll setting.




#security:


#operationProfiling:


replication:
  replSetName: configrs0
sharding:
  clusterRole: configsvr


## Enterprise-Only Options


#auditLog:


#snmp:






开启服务:
[root@node241 ~]# systemctl enable mongod
[root@node241 ~]# systemctl start mongod


确保监听所有的接口地址:
[root@node241 ~]# systemctl restart mongod
[root@node241 ~]# lsof -i:27017
COMMAND  PID   USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
mongod  5867 mongod   11u  IPv4  34346      0t0  TCP *:27017 (LISTEN)


启动另外两台服务:
 /usr/bin/mongod -f /etc/mongod_27018.conf
  /usr/bin/mongod -f /etc/mongod_27019.conf 


[root@node241 ~]# netstat -lntup | grep mongod
tcp        0      0 0.0.0.0:27017           0.0.0.0:*               LISTEN      5581/mongod        
tcp        0      0 0.0.0.0:27018           0.0.0.0:*               LISTEN      5873/mongod        
tcp        0      0 0.0.0.0:27019           0.0.0.0:*               LISTEN      5912/mongod 
 
加入系统开机自启动:
chmod 755 /etc/rc.local
echo "/usr/bin/mongod -f /etc/mongod_27018.conf" >>/etc/rc.local
echo "/usr/bin/mongod -f /etc/mongod_27019.conf">> /etc/rc.local
systemctl start rc.local




在配置服务器上配置三台Replica Set集群:
> use admin
switched to db admin
> rs.initiate({_id:"configrs0",configsvr: true,members:[{_id:0,host:"172.16.1.241:27017"},{_id:1,host:"172.16.1.241:27018"},{_id:2,host:"172.16.1.241:27019"}]})
{
        "ok" : 1,
        "operationTime" : Timestamp(1588121567, 1),
        "$gleStats" : {
                "lastOpTime" : Timestamp(1588121567, 1),
                "electionId" : ObjectId("000000000000000000000000")
        },
        "lastCommittedOpTime" : Timestamp(0, 0),
        "$clusterTime" : {
                "clusterTime" : Timestamp(1588121567, 1),
                "signature" : {
                        "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
                        "keyId" : NumberLong(0)
                }
        }
}




配置mongos路由服务:
[root@node240 ~]# cat /etc/mongos.conf
# mongod.conf


# for documentation of all options, see:
#   http://docs.mongodb.org/manual/reference/configuration-options/


# where to write logging data.
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /var/log/mongodb/mongod.log


# Where and how to store data.
#  engine:
#  mmapv1:
#  wiredTiger:


# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /var/run/mongodb/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


# network interfaces
net:
  port: 27017
  bindIp: 0.0.0.0  # Enter 0.0.0.0,:: to bind to all IPv4 and IPv6 addresses or, alternatively, use the net.bindIpAll setting.




#security:


#operationProfiling:


#replication:


sharding:
  configDB: configrs0/172.16.1.241:27017,172.16.1.241:27018,172.16.1.241:27019       #configrs0 是配置服务器的replica set 的名字
## Enterprise-Only Options


#auditLog:


#snmp:


启动服务:
[root@node240 ~]# /usr/bin/mongos -f /etc/mongos.conf
2020-04-28T18:24:16.158+0800 W SHARDING [main] Running a sharded cluster with fewer than 3 config servers should only be done for testing purposes and is not recommended for production.
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 8413
[root@node240 ~]# lsof -i:27017
COMMAND  PID USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
mongos  5813 root   10u  IPv4  36513      0t0  TCP *:27017 (LISTEN)
mongos  5813 root   14u  IPv4  35195      0t0  TCP node240:58632->172.16.1.241:27017 (ESTABLISHED)
mongos  5813 root   20u  IPv4  36515      0t0  TCP node240:58638->172.16.1.241:27017 (ESTABLISHED)


将节点的副本集添加到mongos的路由中:
[root@node240 ~]# mongo
MongoDB shell version v4.0.18
connecting to: mongodb://127.0.0.1:27017/?gssapiServiceName=mongodb
mongos> use admin
switched to db admin
mongos> sh.addShard("rs0/172.16.1.242:27017,172.16.1.243:27017,172.16.1.244:27017");  #rs0是节点Replica Set的名字,这只添加了一个shard,所有的数据都会在这一个shard中,并且这个shard中的每个副本的数据都是一样的,在以上配置中,会自动选择PRIMARY节点,当shard中的主备切换时,会自动选择PRIMARY节点,不会中断
{
        "shardAdded" : "rs0",
        "ok" : 1,
        "operationTime" : Timestamp(1588122970, 3),
        "$clusterTime" : {
                "clusterTime" : Timestamp(1588122970, 3),
                "signature" : {
                        "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
                        "keyId" : NumberLong(0)
                }
        }
}


至此完成了所有服务器的配置,接下来开始配置具体collection的分片策略:
hash分片:


然后在mongos上为具体的数据库配置sharding:
sh.enableSharding("test") --允许test数据库进行sharding
mongos> sh.enableSharding("test")
{
        "ok" : 1,
        "operationTime" : Timestamp(1588123190, 3),
        "$clusterTime" : {
                "clusterTime" : Timestamp(1588123190, 3),
                "signature" : {
                        "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
                        "keyId" : NumberLong(0)
                }
        }
}




sh.shardCollection("test.t",{id:"hashed"}) --对test.t集合以id列为shard key进行hashed sharding
mongos> sh.shardCollection("test.t",{id:"hashed"})
{
        "collectionsharded" : "test.t",
        "collectionUUID" : UUID("4f7a9aaf-207c-4b19-8216-b9a220334af3"),
        "ok" : 1,
        "operationTime" : Timestamp(1588125137, 10),
        "$clusterTime" : {
                "clusterTime" : Timestamp(1588125137, 10),
                "signature" : {
                        "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
                        "keyId" : NumberLong(0)
                }
        }
}
通过db.t.getIndexes()可以看到自动为id列创建了索引。
mongos> db.t.getIndexes()
[
        {
                "v" : 2,
                "key" : {
                        "_id" : 1
                },
                "name" : "_id_",
                "ns" : "test.t"
        },
        {
                "v" : 2,
                "key" : {
                        "id" : "hashed"
                },
                "name" : "id_hashed",
                "ns" : "test.t"
        }
]
在mongos服务器上:
在上面针对test的t集合进行了分片配置,因此这里向t插入1000条数据做测试:
mongo --port=27017 --27017是mongos的端口号
use test
mongos> for(var i=1;i<=1000;i++) {db.t.insert({id:i,name:"Leo"})};
在shard的primary上使用db.t.find().count()会发现1000条数据近似均匀的分布到了3个shard上。
查看:
rs0:PRIMARY> use test
switched to db test
rs0:PRIMARY> db.t.find().count();        #172.16.1.243
1000
rs0:SECONDARY> db.t.find().count()  #172.16.1.242
1000
rs0:SECONDARY> db.t.find().count()   # 172.16.1.244
1000


使用db.t.stats()查看分片结果,
使用sh.status()查看本库内所有集合的分片信息。




ranged分片:
mongos> use test
switched to db test
mongos> sh.shardCollection("test.tt",{id:1})  # 对test.tt集合以id列为shard key进行ranged sharding
{
        "collectionsharded" : "test.tt",
        "collectionUUID" : UUID("f9e11c58-b34b-4cd2-a2a3-23db5e8fcc04"),
        "ok" : 1,
        "operationTime" : Timestamp(1588127190, 12),
        "$clusterTime" : {
                "clusterTime" : Timestamp(1588127190, 12),
                "signature" : {
                        "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
                        "keyId" : NumberLong(0)
                }
        }
}


ranged分片直接使用{id:1}方式指定即可,分片的chunk由mongos自主决定,例如在ranged分片集合中插入1000条数据,其结果如下:


mongos> for(var i=1;i<=1000;i++) {db.tt.insert({id:i,name:"Leo"})};
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
在shard的primary上使用db.tt.find().count()会发现1000条数据近似均匀的分布到了3个shard上。

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