MongoDB分片技术原理和高可用集群配置方案
一、Sharding分片技术
1、分片概述
当数据量比较大的时候,我们需要把数分片运行在不同的机器中,以降低CPU、内存和Io的压力,Sharding就是数据库分片技术。
MongoDB分片技术类似MySQL的水平切分和垂直切分,数据库主要由俩种方式做Sharding:垂直扩展和横向切分。
垂直扩展的方式就是进行集群扩展,添加更多的CPU,内存,磁盘空间等。
横向切分则是通过数据分片的方式,通过集群统一提供服务:
二、MongoDB分片架构原理
(1)MongoDB的Sharding架构
其中,Router负责接受访问,然后去config服务器中查询元数据,将数据存储信息返回给Router,Router服务器根据元数据的存储信息在分片服务器上读取或者写入数据。
(2)MongoDB分片架构中的角色
a、数据分片(Shards)
用来保存数据,保证数据的高可用性和一致性。可以是一个单独的mongod实例,也可以是一个副本集。在生产环境下Shard一般是一个Replica Set,以防止该数据片的单点故障。所有Shard中有一个PrimaryShard,里面包含未进行划分的数据集合:
b、查询路由(Query Routers)
路由就是mongos的实例,客户端直接连接mongos,由mongos把读写请求路由到指定的Shard上去。
一个Sharding集群,可以有一个mongos,也可以有多个mongos以减轻客户端请求的压力。
c、配置服务器(Config servers)
保存集群的元数据(metadata),包含各个Shard的路由规则。
Sharding分片技术(混合模式)高可用方案的架构图如下:
1)Sharding分片技术(混合模式)高可用架构下MongoDB数据写入流程
第一步:客户端访问路由服务器(Mongos),路由服务器接收到请求。
第二步:路由服务器将客户端访问配置服务器,配置服务器(Config)根据根据请求信息将数据信息写入到元数据中。
第三步:配置服务器将根据自身记录的元数据信息,指定数据存储位置,并将元数据信息(数据存储位置)返回给路由服务器。
第四步:路由服务器根据Config服务器返回的配置信息,将数据存储到mongod中(数据存储服务器)。存储服务器对数据进行备份和分片存储。
2)高可用集群下从MongoDB读取数据流程
第一步:Mongos接受客户端请求,根据并判断请求是否合理(数据库地址是否正确,连接数是否超过最大)
第二步:路由服务器与客户端建立连接,并根据请求信息,去Config服务器中查询元数据信息。
第三步:config服务器将数信息返回给路由服务器。
第四步: config服务器根据元数据信息(数据存储位置),去MongoD服务器中,查询数据。
第五步:数据服务器将数据查询结果返回给路由服务器。
三、Sharding分片高可用方案搭建过程
1、MongoDB机器信息
192.168.86.131 | 192.168.86.132 | 192.168.86.133 |
mongos | mongos | mongos |
config server | config server | config server |
shard server1 主节点 | shard server1 副节点 | shard server1 仲裁 |
shard server2 仲裁 | shard server2 主节点 | shard server2 副节点 |
shard server3 副节点 | shard server3 仲裁 | shard server3 主节点 |
2、端口分配
mongos:20000 config:21000 shard1:27001 shard2:27002 shard3:27003
3、下载并且安装
wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-amazon-4.0.9.tgz tar -xzvf mongodb-linux-x86_64-amazon-4.0.9.tgz -C /usr/local/
4、建立软连接并配置path信息
cd /usr/local/ ln -s /usr/local/mongodb-linux-x86_64-amazon-3.6.2 /usr/local/mongodb
进入到/etc/profile中配置MongoDB的全局变量信息
vi /etc/profile # MongoDB 环境变量内容 export MONGODB_HOME=/usr/local/mongodb export PATH=$MONGODB_HOME/bin:$PATH
生效环境变量
source /etc/profile
5、为服务器建立日志和数据目录
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 \
6、config server配置服务器
mongodb3.4版本以后要求配置服务器也创建副本集,不然集群搭建不成功。
(三台机器)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 MongoDB
mongo --port 21000
配置config变量
config = { _id : "configs", members : [ {_id : 0, host : "192.168.86.131:21000" }, {_id : 1, host : "192.168.86.132:21000" }, {_id : 2, host : "192.168.86.133:21000" } ] }
初始化副本集
rs.initiate(config)
响应内容如下
> config = { ... _id : "configs", ... members : [ ... {_id : 0, host : "192.168.86.131:21000" }, ... {_id : 1, host : "192.168.86.132:21000" }, ... {_id : 2, host : "192.168.86.133:21000" } ... ] ... } { "_id" : "configs", "members" : [ { "_id" : 0, "host" : "192.168.86.131:21000" }, { "_id" : 1, "host" : "192.168.86.132:21000" }, { "_id" : 2, "host" : "192.168.86.133:21000" } ] } > rs.initiate(config); { "ok" : 1, "operationTime" : Timestamp(1517369899, 1), "$gleStats" : { "lastOpTime" : Timestamp(1517369899, 1), "electionId" : ObjectId("000000000000000000000000") }, "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1517369899, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="), "keyId" : NumberLong(0) } } } configs:SECONDARY>
此时会发现终端上的输出已经有了变化。
//从单个一个 > //变成了 configs:SECONDARY>
查询状态
configs:SECONDARY> rs.status()
7、配置分片服务器
7.1设置第一个分片服务器
(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 #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(除了192.168.86.133),因为仲裁服务器没有访问权限,负责会初始化失败。
连接 MongoDB
mongo --port 27001
使用admin数据库
use admin
定义副本集配置
config = { _id : "shard1", members : [ {_id : 0, host : "192.168.86.131:27001" }, {_id : 1, host : "192.168.86.132:27001" }, {_id : 2, host : "192.168.86.133:27001" , arbiterOnly: true } ] }
初始化副本集配置
rs.initiate(config)
响应内容如下
> use admin switched to db admin > config = { ... _id : "shard1", ... members : [ ... {_id : 0, host : "192.168.86.131:27001" }, ... {_id : 1, host : "192.168.86.132:27001" }, ... {_id : 2, host : "192.168.86.133:27001" , arbiterOnly: true } ... ] ... } { "_id" : "shard1", "members" : [ { "_id" : 0, "host" : "192.168.86.131:27001" }, { "_id" : 1, "host" : "192.168.86.132:27001" }, { "_id" : 2, "host" : "192.168.86.133:27001", "arbiterOnly" : true } ] } > rs.initiate(config) { "ok" : 1 }
此时会发现终端上的输出已经有了变化。
//从单个一个 > //变成了 shard1:SECONDARY>
查询状态
shard1:SECONDARY> rs.status()
7.2设置第二和第三个分片服务器
第二、第三个服务器配置过程同上,只需将配置文件中的服务器名称改为shard2、shard3,将端口改为27002,27003即可,仲裁服务器分别选择第二个和第三个。
8、配置路由服务器 mongos
8.1 配置并初始化
(三台机器)先启动配置服务器和分片服务器,后启动路由实例启动路由实例:
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/192.168.86.131:21000,192.168.86.132:21000,192.168.86.133:21000 #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
8.2 串联路由服务器
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("shard1/192.168.86.131:27001,192.168.86.132:27001,192.168.86.123:27001"); sh.addShard("shard2/192.168.86.131:27002,192.168.86.132:27002,192.168.86.133:27002"); sh.addShard("shard3/192.168.86.131:27003,192.168.86.132:27003,192.168.86.133:27003"); 查看集群状态 sh.status()
响应内容如下
mongos> sh.status() --- Sharding Status --- sharding version: { "_id" : 1, "minCompatibleVersion" : 5, "currentVersion" : 6, "clusterId" : ObjectId("5a713a37d56e076f3eb47acf") } shards: { "_id" : "shard1", "host" : "shard1/192.168.86.131:27001,192.168.86.132:27001", "state" : 1 } { "_id" : "shard2", "host" : "shard2/192.168.86.132:27002,192.168.86.133:27002", "state" : 1 } { "_id" : "shard3", "host" : "shard3/192.168.86.131:27003,192.168.86.133:27003", "state" : 1 } active mongoses: "4.0.9" : 3 autosplit: Currently enabled: yes 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" : "config", "primary" : "config", "partitioned" : true } mongos>
四、启用集合分片
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。
登陆任意一台mongos
mongo --port 20000
使用admin数据库
use admin
指定testdb分片生效,如下图:
db.runCommand( { enablesharding :"testdb"}); 或 mongos> sh.enablesharding("testdb")
指定数据库里需要分片的集合和片键,哈希id分片(注意:分片的字段数据应该是变化的,不然分片不成功),如下图:
db.runCommand( { shardCollection : "testdb.table1",key : {"name": "hashed"} } ); 或 mongos> sh.shardCollection("testdb.table1", {"name": "hashed"})
通过命令查看mongodb路由服务器上的shards集合会有数据展示,如下图:
通过命令查看mongodb路由服务器上的chunks集合会有数据展示,如下图
测试分片配置结果
切换到 testdb 数据库
use testdb;
for(i=1;i<=100000;i++){db.table3.insert({"id":i,"name":"penglei"})};
总条数
db.table1.aggregate([{$group : {_id : "$name", totle : {$sum : 1}}}])
查看分片情况如下
结论数据基本均匀
![](https://img2018.cnblogs.com/i-beta/1270011/202002/1270011-20200221165158395-1583380785.png)