（1.4）mongodb sh，mongodb分片集群

【1】mongodb 分片集群介绍

转自官网：https://www.mongodb.com/docs/manual/sharding/

MongoDB通过sharding支持水平扩展。

（1.1）分片集群

一个 MongoDB分片集群由以下组件组成：

shard：每个分片包含分片数据的一个子集。每个分片都可以部署为副本集。
mongos：mongos充当查询路由器，在客户端应用程序和分片集群之间提供接口。从 MongoDB 4.4 开始，mongos可以支持对冲读取以最小化延迟。
config servers：配置服务器存储集群的元数据和配置设置。

下图描述了分片集群中组件的交互：

用于生产目的的示例分片集群图。恰好包含 3 个配置服务器、2 个或更多“mongos”查询路由器，以及至少 2 个分片。分片是副本集。

MongoDB 在集合级别对数据进行分片，将集合数据分布在集群中的各个分片上。

（1.2）分片键

MongoDB 使用分片键将集合的文档分布在分片之间。分片键由文档中的一个或多个字段组成。

从版本 4.4 开始，分片集合中的文档可能会缺少分片键字段。在跨分片分布文档时，缺失的分片键字段被视为具有空值，但在路由查询时则不会。有关更多信息，请参阅缺少分片键字段。
在 4.2 及更早的版本中，分片集合的每个文档中都必须存在分片键字段。

您在对集合进行分片时选择分片键。

从 MongoDB 5.0 开始，您可以通过更改集合的分片键来重新分片集合。
从 MongoDB 4.4 开始，您可以通过向现有分片键添加一个或多个后缀字段来优化分片键。
在 MongoDB 4.2 及更早版本中，分片后无法更改分片键的选择。

文档的分片键值决定了它在分片中的分布。

从 MongoDB 4.2 开始，您可以更新文档的 shard key 值，除非您的 shard key 字段是不可变_id字段。有关详细信息，请参阅更改文档的分片键值。
在 MongoDB 4.0 及更早版本中，文档的分片键字段值是不可变的。

（1.3）分片键索引、分片密钥策略

　　要对填充的集合进行分片，该集合必须具有以分片键开头的索引。对空集合进行分片时，如果集合还没有指定分片键的适当索引，则 MongoDB 会创建支持索引。请参阅分片键索引。

　　分片键的选择会影响分片集群的性能、效率和可扩展性。具有最佳硬件和基础设施的集群可能会因选择分片键而受到瓶颈。分片键及其后备索引的选择也会影响集群可以使用的分片策略。

提示

也可以看看：

选择一个分片键

（1.4）块（chunk）、自动平衡器（balance）和均匀的块分布

MongoDB 将分片数据分成块（64M）。每个块都有一个基于 shard key的包含下限和互斥上限。

为了在集群中的所有分片上实现块的均匀分布，平衡器在后台运行以跨分片迁移块。

也就是说，一波数据写入，这部分所有数据一开始只放入到一个分片，完成后自动平衡器在后台运行，慢慢的根据判断平衡一部分数据到其他分片节点

提示

也可以看看：

使用块进行数据分区

　　自动分片：4.2 之前，所有数据都在主节点，然后在后台自动分片迁移到对应的分片节点

（1.5）分片的优势

读/写

MongoDB在分片集群中的分片之间分配读写工作负载，允许每个分片处理集群操作的子集。通过添加更多分片，读写工作负载都可以在集群中水平扩展。

对于包含分片键或复合分片键前缀的查询，mongos可以将查询定位到特定分片或分片集。这些有针对性的操作通常比广播到集群中的每个分片更有效。

从 MongoDB 4.4 开始，mongos可以支持对冲读取以最小化延迟。

存储容量

分片将数据分布在集群中的分片上，允许每个分片包含整个集群数据的一个子集。随着数据集的增长，额外的分片会增加集群的存储容量。

高可用性

将配置服务器和分片部署为副本集提供了更高的可用性。

即使一个或多个分片副本集完全不可用，分片集群也可以继续执行部分读写。也就是说，虽然无法访问不可用分片上的数据，但针对可用分片的读取或写入仍然可以成功。

（1.6）分片前的注意事项

分片集群基础设施要求和复杂性需要仔细规划、执行和维护。

一旦一个集合被分片，MongoDB 就不会提供对一个分片集合进行分片的方法。

虽然您可以稍后重新分片您的集合，但请务必仔细考虑您的分片键选择以避免可伸缩性和性能问题。

详细参考：选择一个分片键

要了解对集合进行分片的操作要求和限制，请参阅分片集群中的操作限制。

如果查询不包括分片键或复合分片键的前缀，则mongos执行广播操作，查询分片集群中的所有分片。这些分散/收集查询可能是长时间运行的操作。

（1.7）分片和非分片集合

数据库可以混合有分片和非分片集合。分片集合被分区并分布在集群中的分片上。未分片的集合存储在主分片上。每个数据库都有自己的主分片。

（1.8）连接到分片集群

　　您必须连接到mongos路由器才能与分片集群中的任何集合进行交互。这包括分片和非分片集合。客户端不应连接到单个分片以执行读取或写入操作。

您可以使用或 MongoDB驱动程序mongos连接到相同的方式。mongodmongosh

【分片策略】

MongoDB 支持两种分片策略，用于跨分片集群分布数据。

（Hashed Sharding）

哈希散列分片涉及计算分片键字段值的散列。然后根据哈希散列的分片键值为每个块分配一个范围。

MongoDB 在使用哈希散列索引解析查询时会自动计算散列值。应用程序不需要计算哈希。

虽然一系列分片键可能“接近”，但它们的散列值不太可能在同一个块上。基于散列值的数据分布有助于更均匀的数据分布，尤其是在分片键单调变化的数据集中。

但是，散列分布意味着对分片键的基于范围的查询不太可能针对单个分片，从而导致更多集群范围的广播操作

有关详细信息，请参阅散列分片。

（Ranged Sharding）

范围分片涉及根据分片键值将数据划分为范围。然后根据分片键值为每个块分配一个范围。

　　值“接近”的一系列分片键更有可能驻留在同一个块上。这允许有针对性的操作，因为mongos可以将操作路由到仅包含所需数据的分片。

　　远程分片的效率取决于选择的分片键。考虑不周的分片键会导致数据分布不均匀，这可能会抵消分片的一些好处或导致性能瓶颈。有关基于范围的分片，请参阅分片键选择。

　　有关详细信息，请参阅远程分片。

（Zones in Sharded Clusters）

区域可以帮助改善跨多个数据中心的分片集群的数据局部性。

　　在分片集群中，您可以根据shard key创建分片数据区域。您可以将每个区域与集群中的一个或多个分片相关联。一个分片可以与任意数量的区域相关联。在平衡集群中，MongoDB仅将区域覆盖的块迁移到与该区域关联的分片。

　　每个区域涵盖一个或多个分片键值范围。区域覆盖的每个范围始终包括其下边界，但不包括其上边界。

可以应用区域的一些常见部署模式如下：

隔离特定分片集上的特定数据子集。
确保最相关的数据驻留在地理上距离应用程序服务器最近的分片上。
根据分片硬件的硬件/性能将数据路由到分片。

下图说明了具有三个分片和两个区域的分片集群。

　　该A区域表示一个范围，其下限为1，上限为10。

　　该B区域表示一个范围，其下边界为10，上边界为20。

　　分片Alpha并Beta拥有A区域。ShardBeta也有该B区域。

　　ShardCharlie 没有与之关联的区域。集群处于稳定状态，没有任何块违反任何区域。

　　在定义要覆盖的区域的新范围时，您必须使用分片键中包含的字段。

　　如果使用复合分片键，范围必须包含分片键的前缀。有关更多信息，请参阅区域中的分片键。

【2】搭建 mongodb sh 分片集群

（2.0）架构规划

10个实例：38017-38026

（0）mongos：38017

（1）configserver：38018-38020

　　3台构成复制集（1主2从，不支持 arbiter）38018-38020（复制集名字 configserver）

（2）shard 节点：

sh1: 38021-23 （1主2从，其中一个节点为 arbiter，复制集名字为 sh1 ）

sh2: 38024-26 （1主2从，其中一个节点为 arbiter，复制集名字为 sh2 ）

（2.1）Shard 节点的搭建

可以支持 PSS（1主2从）、PSA（1主1从+纯投票节点 ARBITER）

<1> 6个节点的文件和配置信息：

# 构造实例目录

mkdir -p /data/mongodb/{38017,38018,38019,38020,38021,38022,38023,38024,38025,38026}/{data,log}
useradd mongodb -s /sbin/false

# 构造配置文件

cat <<eof >/data/mongodb/38021/mongod.conf
systemLog:
  destination: file
  path: /data/mongodb/38021/log/mongodb.log
  logAppend: true
storage:
  journal:
    enabled: true
  dbPath: /data/mongodb/38021/data
  directoryPerDB: true
  #engine: wiredTiger
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 1
      directoryForIndexes: true
    collectionConfig:
      blockCompressor: zlib
    indexConfig:
      prefixCompression: true
processManagement:
  fork: true
net:
  bindIp: 0.0.0.0
  port: 38021
replication:
  oplogSizeMB: 2048
  replSetName: sh1
sharding:
  clusterRole: shardsvr
eof

#  构造不同实例的配置文件

cp /data/mongodb/38021/mongod.conf /data/mongodb/38022/mongod.conf
cp /data/mongodb/38021/mongod.conf /data/mongodb/38023/mongod.conf
cp /data/mongodb/38021/mongod.conf /data/mongodb/38024/mongod.conf
cp /data/mongodb/38021/mongod.conf /data/mongodb/38025/mongod.conf
cp /data/mongodb/38021/mongod.conf /data/mongodb/38026/mongod.conf

sed -i 's#38021#38022#g' /data/mongodb/38022/mongod.conf
sed -i 's#38021#38023#g' /data/mongodb/38023/mongod.conf
sed -i 's#38021#38024#g' /data/mongodb/38024/mongod.conf
sed -i 's#38021#38025#g' /data/mongodb/38025/mongod.conf
sed -i 's#38021#38026#g' /data/mongodb/38026/mongod.conf


sed -i 's#: sh1#: sh2#g' /data/mongodb/38024/mongod.conf
sed -i 's#: sh1#: sh2#g' /data/mongodb/38025/mongod.conf
sed -i 's#: sh1#: sh2#g' /data/mongodb/38026/mongod.conf

# 启动多个实例
chown -R mongodb:mongodb /data/mongodb
chmod -R 775 /data/mongodb
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38021/mongod.conf &"
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38022/mongod.conf &"
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38023/mongod.conf &"
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38024/mongod.conf &"
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38025/mongod.conf &"
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38026/mongod.conf &"

# 查阅
ps -ef|grep mongod
netstat -nltp|grep 3802

# 快速清理
rm -rf /data/mongodb/{38021,38022,38023,38024,38025,38026}/{data,log}/*

<2> 初始化 sh1 sh2 2个复制集

# 构造 sh1

mongo --port 38021 admin

config = { _id: 'sh1', members: [
　　{_id: 0, host: '192.168.191.25:38021'},
　　{_id: 1, host: '192.168.191.25:38022'},
　　{_id: 2, host: '192.168.191.25:38023', "arbiterOnly": true}]
}


rs.initiate(config) // 初始化后，登录上会显示是主还是从 ，如：my_repl:PRIMARY> 
rs.status() // 查看集群所有描述
rs.isMaster()  // 查看集群成员，以及当前节点是否是
rs.conf() // 查看一下集群的配置信息，比如成员的权重、是否是投票节点等等
quit()

# 构造 sh2

mongo --port 38024 admin

config = { _id: 'sh2', members: [
　　{_id: 0, host: '192.168.191.25:38024'},
　　{_id: 1, host: '192.168.191.25:38025'},
　　{_id: 2, host: '192.168.191.25:38026', "arbiterOnly": true}]
}


rs.initiate(config) // 初始化后，登录上会显示是主还是从 ，如：my_repl:PRIMARY> 
rs.status() // 查看集群所有描述
rs.isMaster()  // 查看集群成员，以及当前节点是否是
rs.conf() // 查看一下集群的配置信息，比如成员的权重、是否是投票节点等等
quit()

（2.2）configserver 节点配置

可以支持 PSS（1主2从）、不支持 PSA（1主1从+纯投票节点 ARBITER）

<1> 配置文件与信息

# 构造实例目录

mkdir -p /data/mongodb/{38017,38018,38019,38020,38021,38022,38023,38024,38025,38026}/{data,log}
useradd mongodb -s /sbin/false

# 构造配置文件

cat <<eof >/data/mongodb/38018/mongod.conf
systemLog:
  destination: file
  path: /data/mongodb/38018/log/mongodb.log
  logAppend: true
storage:
  journal:
    enabled: true
  dbPath: /data/mongodb/38018/data
  directoryPerDB: true
  #engine: wiredTiger
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 1
      directoryForIndexes: true
    collectionConfig:
      blockCompressor: zlib
    indexConfig:
      prefixCompression: true
processManagement:
  fork: true
net:
  bindIp: 0.0.0.0
  port: 38018
replication:
  oplogSizeMB: 2048
  replSetName: configReplSet
sharding:
  clusterRole: configsvr
eof

#  构造不同实例的配置文件

cp /data/mongodb/38018/mongod.conf /data/mongodb/38019/mongod.conf
cp /data/mongodb/38018/mongod.conf /data/mongodb/38020/mongod.confsed -i 's#38018#38019#g' /data/mongodb/38019/mongod.conf
sed -i 's#38018#38020#g' /data/mongodb/38020/mongod.conf

# 启动多个实例
chown -R mongodb:mongodb /data/mongodb
chmod -R 775 /data/mongodb
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38018/mongod.conf &"
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38019/mongod.conf &"
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongod --config /data/mongodb/38020/mongod.conf &"

# 查阅
ps -ef|grep mongod
netstat -nltp|grep 380

# 快速清理
rm -rf /data/mongodb/{38018,38019,38020}/{data,log}/*

<2> 初始化复制集

# 构造 configReplSet

mongo --port 38018 admin

config = { _id: 'configReplSet', members: [
　　{_id: 0, host: '192.168.191.25:38018'},
　　{_id: 1, host: '192.168.191.25:38019'},
　　{_id: 2, host: '192.168.191.25:38020'}]
}


rs.initiate(config) // 初始化后，登录上会显示是主还是从 ，如：my_repl:PRIMARY> 
rs.status() // 查看集群所有描述
rs.isMaster()  // 查看集群成员，以及当前节点是否是
rs.conf() // 查看一下集群的配置信息，比如成员的权重、是否是投票节点等等
quit()

（2.3）mongos 节点配置（必须最后做）

用 38017 做该路由节点

cat <<eof >/data/mongodb/38017/mongod.conf
systemLog:
  destination: file
  path: /data/mongodb/38017/log/mongodb.log
  logAppend: true
processManagement:
  fork: true
net:
  bindIp: 0.0.0.0
  port: 38017
sharding:
  configDB: configReplSet/192.168.191.25:38018,192.168.191.25:38019,192.168.191.25:38020
eof

chown -R mongodb:mongodb /data/mongodb
chmod -R 775 /data/mongodb
su - mongodb -c "/usr/local/mongodb/bin/mongos --config /data/mongodb/38017/mongod.conf &"

（2.4）分片集群添加节点

连接到一个 mongos ( 192.168.191.25:38017 ) 做如下操作配置：

mongo 192.168.191.25:38017/admin

// （1）添加分片
db.runCommand({ addshard: "sh1/192.168.191.25:38021,192.168.191.25:38022,192.168.191.25:38023"})
db.runCommand({ addshard: "sh2/192.168.191.25:38024,192.168.191.25:38025,192.168.191.25:38026"})

// （2）列出所有分片信息
db.runCommand({ listshards: 1 })

// （3）整体状况查看
sh.status()

【3】实际分片的配置使用

分片策略见前文

（3.0）运维查阅使用命令

# （1）构建 库、表分片

// （1.1）打开 test 库的分片功能
use admin
db.runCommand(  { enablesharding: "autoshard" })

// （1.2）给该集合的 id 列 加个索引（btree）
use autoshard
db.autotable.ensureIndex({ id: 1 })

// （1.3）配置分片集合，以及分片 Key
use admin
db.runCommand({ shardcollection: "autoshard.autotable",key: {id: 1} })
sh.shardCollection( "zonedb.zonetab",{order_id: 1})  // 与上面等同

// （1.4）查看数据信息

db.autotable.getShardDistribution()   // 表数据在分片节点的分布情况
sh.status()   // 所有 分片集群相关情况

// （1.5）删除分片节点（谨慎，严重影响业务）
sh.getBalancerState() // 确认 balance 是否在工作
db.runCommand({removeShard: "sh2"})  // 删除操作一定会立即出发 balance，把数据迁移到其他分片节点



#（2）查看分片集群相关信息

// 查看分片集群、分片节点信息
use admin
db.runCommand({ isdbgrid: 1}) // 判断是否是 shard 集群
db.runCommand({ listshards: 1}) // 列出所有分片信息

// 列出开启分配的数据库
use config
db.databases.find({"partitioned": true}) 
db.databases.find() // 列出所有数据库分片情况

// 查看分片的 分片键
db.collections.find().pretty()

// 上面所有信息都可以
sh.status() // 列出所有分配信息

（3.1）range 自动分片配置及测试

登录 mongos

mongo --port 38017 admin

　　原理：所有数据都在主节点，然后在后台自动平衡器会把数据迁移到对应的分片节点；

　　注意，如果是 range 分区，那么相同的分区键值会存放到同一个分片节点上去

那么当 range 分区键列如果重复率很高，会导致数据存放非常不均匀；

// （1）打开 test 库的分片功能
use admin
db.runCommand(  { enablesharding: "autoshard" })

// （2）给该集合的 id 列 加个索引（btree）
use autoshard
db.autotable.ensureIndex({ id: 1 })

// （3）配置分片集合，以及分片 Key
use admin
db.runCommand({ shardcollection: "autoshard.autotable",key: {id: 1} })

// （4）构建测试数据
use autoshard
for(i=1;i<10000;i++){ db.autotable.insert({"id": i,"name": "zhangsan","age": 70,"date": new Date()})}
db.autotable.getShardDistribution()
// 如下图，我们可以发现，所有数据都在分区2中，但因为只有一个 chunks 所以没有迁移到到其他节点，又因为一个chunks 64MB大小

（3.2）Zones 方式进行 range 手动定制分片

登录 mongos

mongo --port 38017 admin

// （1）打开 test 库的分片功能
use admin
db.runCommand(  { enablesharding: "zonedb" })

// （2）给该集合的 id 列 加个索引（btree）
use zonedb
db.zonetab.ensureIndex({ order_id: 1 })

// （3）配置分片集合，以及分片 Key
use admin
sh.shardCollection( "zonedb.zonetab",{order_id: 1})

// （4）每个分片,添加一个 tag
sh.addShardTag("sh1","zonedb_zonetable_min_500")
sh.addShardTag("sh2","zonedb_zonetable_501_max")
sh.status() // 可以查看到

// （5）把 tag 对应其范围
sh.addTagRange(
"zonedb.zonetab",
{"order_id": MinKey },
{"order_id": 500 },"zonedb_zonetable_min_500"
)

sh.addTagRange(
"zonedb.zonetab",
{"order_id": 501 },
{"order_id": MaxKey},"zonedb_zonetable_501_max"
)

// （6）构建测试数据
use zonedb
for(i=1;i<1000;i++){ db.zonetab.insert({"order_id": i,"name": "zhangsan","age": 70,"date": new Date()})}

// （7）查看分片分布
use zonedb
db.zonetab.stats()
db.zonetab.getShardDistribution()

（3.3）hash 分片案例

先登录 mongos，然后操作

mongo --port 38017 admin

// （1）打开 test 库的分片功能
use admin
db.runCommand(  { enablesharding: "hashdb" })

// （2）给该集合的 id 列 加个索引（btree）
use hashdb
db.hashtab.ensureIndex({ id: "hashed" })

// （3）配置分片集合，以及分片 Key
use admin
sh.shardCollection("hashdb.hashtab",{id: "hashed"})

// （4）构建测试数据
use hashdb
for(i=1;i<600;i++){ db.hashtab.insert({"id": i,"name": "zhangsan","age": 70,"date": new Date()})}

db.hashtab.getShardDistribution()
// 如下图，插入了600行数据进去，hash分区基本是均匀的

【4】Balancer 自动平衡器介绍

（4.1）Balancer 的触发情况

mongs 的一个重要功能，自动巡查所有 shard 节点上的 chunk 的情况，自动做 chunk迁移；

什么时候工作、触发？

　　1、自动运行，会检测系统不繁忙的时候做迁移

　　2、在做节点删除的时候，立即开始迁移工作

　　3、balancer 可以设置在预定的时间窗口内运行

有时候需要可以关闭和开启 blancer（备份的时候）

sh.stopBalancer()

sh.startBalancer()

（4.2）自定义 Balancer 自动平衡的时间段

# 关于整体的 balancer 策略

use config
sh.getBalancerState()
sh.setBalancerState( true )

sh.getBalancerWindow()  // 操作前，查看 balancer 计划
db.settings.update({_id: "balancer"},{$set:{activeWindow:{start: "3:00" , stop: "5:00"}}},true) // 建议避开高峰期和备份时间
sh.getBalancerWindow()  // 操作后，查看 balancer 计划
sh.status() // 这个在 balancer 模块也可以看到


# 关于集合级别的 balancer
sh.disableBalancing("students.grades") // 关闭某个库下集合的 balancer
sh.enableBalancing("students.grades") // 打开某个库下集合的 balancer
db.getSiblingDB("config").collections.findOne({_id: "students.grades"}).noBalance;

posted @ 2022-05-01 18:29 郭大侠1 阅读(189) 评论(0) 编辑收藏举报

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