副本集-Replica Sets

简介：
　　MongoDB中的副本集（Replica Set）是一组维护相同数据集的mongod服务。 副本集可提供冗余和高可用性，是所有生产部署的基础。
　　也可以说，副本集类似于有自动故障恢复功能的主从集群。通俗的讲就是用多台机器进行同一数据的异步同步，从而使多台机器拥有同一数据的多个副本，并且当主库宕掉时在不需要用户干预的情况下自动切换其他备份服务器做主库。而且还可以利用副本服务器做只读服务器，实现读写分离，提高负载。
　　（1）冗余和数据可用性
　　　　复制提供冗余并提高数据可用性。 通过在不同数据库服务器上提供多个数据副本，复制可提供一定级别的容错功能，以防止丢失单个数据库服务器。
　　　　在某些情况下，复制可以增加读取的性能，因为客户端可以将读取操作发送到不同的服务上， 在不同数据中心维护数据副本可以增加分布式应用程序的数据位置和可用性。还可以准备专用的副本维护其他副本，例如灾难恢复，报告或备份。
　　（2）MongoDB中的复制
　　　　副本集是一组维护相同数据集的mongod实例。 副本集包含多个数据承载节点和可选的一个仲裁节点。
　　　　在承载数据的节点中，一个且仅一个成员被视为主节点，而其他节点被视为次要（从）节点。

　　　　

　　（3）主从复制和副本集区别
　　　　主从集群和副本集最大的区别就是副本集没有固定的“主节点”；整个集群会选出一个“主节点”，当其挂掉后，又在剩下的从节点中选中其他节点为“主节点”，副本集总有一个活跃点(主、primary)和一个或多个备份节点(从、secondary)。

副本集的三个角色：

　　副本集有两种类型三种角色：

　　　　主节点（ Primary）类型：数据操作的主要连接点，可读写。
　　　　次要（辅助、从）节点（ Secondaries）类型：数据冗余备份节点，可以读或选举。

　　三种角色：
　　　　主要成员（Primary）：主要接收所有写操作。就是主节点。
　　　　副本成员（Replicate）：从主节点通过复制操作以维护相同的数据集，即备份数据，不可写操作，但可以读操作（需要配置）。是默认的一种从节点类型。

　　　　仲裁者（ Arbiter）：不保留任何数据的副本，只具有投票选举作用。当然也可以将仲裁服务器维护为副本集的一部分，即副本成员同时也可以是仲裁者。也是一种从节点类型。
副本集架构目标：

　　一主一副本一仲裁

　　　　

 副本集的创建：

　　第一步：创建主节点

　　　　建立存放数据和日志的目录

　　　　　　#主节点
　　　　　　mkdir -p /mongodb/replica_sets/myrs_27017/log
　　　　　　mkdir -p /mongodb/replica_sets/myrs_27017/data/db

　　　　新建或修改配置文件：vim /mongodb/replica_sets/myrs_27017/mongod.conf

systemLog:
  #MongoDB发送所有日志输出的目标指定为文件
  #The path of the log file to which mongod or mongos should send all diagnostic logging information
  destination: file
  #mongod或mongos应向其发送所有诊断日志记录信息的日志文件的路径
  path: /mongodb/replica_sets/myrs_27017/log/mongod.log
  #当mongos或mongod实例重新启动时，mongos或mongod会将新条目附加到现有日志文件的末尾。
  logAppend: true
storage:
  #mongod实例存储其数据的目录。storage.dbPath设置仅适用于mongod。
  #The directory where the mongod instance stores its data.Default Value is "/data/db".
  dbPath: /mongodb/replica_sets/myrs_27017/data/db
  journal:
    #启用或禁用持久性日志以确保数据文件保持有效和可恢复。
    enabled: true
processManagement:
  #启用在后台运行mongos或mongod进程的守护进程模式。
  fork: true
  #指定用于保存mongos或mongod进程的进程ID的文件位置，其中mongos或mongod将写入其PID
  pidFilePath: /mongodb/replica_sets/myrs_27017/log/mongod.pid
net:
  #服务实例绑定的IP，默认是localhost
  bindIp: localhost,192.168.43.182
  #绑定的端口，默认是27017
  port: 27017
replication:
  #副本集的名称
  replSetName: myrs

　　　　启动节点服务：./mongod -f /mongodb/replica_sets/myrs_27017/mongod.conf

　　第二步：创建副本节点

　　　　建立存放数据和日志的目录

　　　　　　#副本节点
　　　　　　mkdir -p /mongodb/replica_sets/myrs_27018/log
　　　　　　mkdir -p /mongodb/replica_sets/myrs_27018/data/db

　　　　新建或修改配置文件：vim /mongodb/replica_sets/myrs_27018/mongod.conf

systemLog:
  #MongoDB发送所有日志输出的目标指定为文件
  #The path of the log file to which mongod or mongos should send all diagnostic logging information
  destination: file
  #mongod或mongos应向其发送所有诊断日志记录信息的日志文件的路径
  path: /mongodb/replica_sets/myrs_27018/log/mongod.log
  #当mongos或mongod实例重新启动时，mongos或mongod会将新条目附加到现有日志文件的末尾。
  logAppend: true
storage:
  #mongod实例存储其数据的目录。storage.dbPath设置仅适用于mongod。
  #The directory where the mongod instance stores its data.Default Value is "/data/db".
  dbPath: /mongodb/replica_sets/myrs_27018/data/db
  journal:
    #启用或禁用持久性日志以确保数据文件保持有效和可恢复。
    enabled: true
processManagement:
  #启用在后台运行mongos或mongod进程的守护进程模式。
  fork: true
  #指定用于保存mongos或mongod进程的进程ID的文件位置，其中mongos或mongod将写入其PID
  pidFilePath: /mongodb/replica_sets/myrs_27018/log/mongod.pid
net:
  #服务实例绑定的IP，默认是localhost
  bindIp: localhost,192.168.43.182
  #绑定的端口，默认是27017
  port: 27018
replication:
  #副本集的名称
  replSetName: myrs

　　　　启动节点服务：./mongod -f /mongodb/replica_sets/myrs_27018/mongod.conf

　　第三步：创建仲裁节点

　　　　建立存放数据和日志的目录

　　　　　　#仲裁节点
　　　　　　mkdir -p /mongodb/replica_sets/myrs_27019/log
　　　　　　mkdir -p /mongodb/replica_sets/myrs_27019/data/db

　　　　新建或修改配置文件：vim /mongodb/replica_sets/myrs_27019/mongod.conf

systemLog:
  #MongoDB发送所有日志输出的目标指定为文件
  #The path of the log file to which mongod or mongos should send all diagnostic logging information
  destination: file
  #mongod或mongos应向其发送所有诊断日志记录信息的日志文件的路径
  path: /mongodb/replica_sets/myrs_27019/log/mongod.log
  #当mongos或mongod实例重新启动时，mongos或mongod会将新条目附加到现有日志文件的末尾。
  logAppend: true
storage:
  #mongod实例存储其数据的目录。storage.dbPath设置仅适用于mongod。
  #The directory where the mongod instance stores its data.Default Value is "/data/db".
  dbPath: /mongodb/replica_sets/myrs_27019/data/db
  journal:
    #启用或禁用持久性日志以确保数据文件保持有效和可恢复。
    enabled: true
processManagement:
  #启用在后台运行mongos或mongod进程的守护进程模式。
  fork: true
  #指定用于保存mongos或mongod进程的进程ID的文件位置，其中mongos或mongod将写入其PID
  pidFilePath: /mongodb/replica_sets/myrs_27019/log/mongod.pid
net:
  #服务实例绑定的IP，默认是localhost
  bindIp: localhost,192.168.43.182
  #绑定的端口，默认是27017
  port: 27019
replication:
  #副本集的名称
  replSetName: myrs

　　　　启动节点服务：./mongod -f /mongodb/replica_sets/myrs_27019/mongod.conf

　　第四步：初始化配置副本集和主节点

　　　　使用客户端命令连接任意一个节点：./mongo --host=192.168.43.182 --port=27017

　　　　连接上之后，很多命令无法使用，比如 show dbs 等，必须初始化副本集才行

　　　　准备初始化新的副本集：需要登录客户端后执行

　　　　　　语法：rs.initiate(configuration)

　　　　　　使用默认的配置来初始化副本集：rs.initiate()

　　第五步：查看副本集的配置内容

　　　　返回包含当前副本集配置的文档：rs.conf(configuration) / rs.config(configuration)　　configuration：可选，如果没有配置，则使用默认主节点配置。

{
        "_id" : "myrs",
        "version" : 1,
        "protocolVersion" : NumberLong(1),
        "writeConcernMajorityJournalDefault" : true,
        "members" : [
                {
                        "_id" : 0,
                        "host" : "192.168.43.182:27017",
                        "arbiterOnly" : false,
                        "buildIndexes" : true,
                        "hidden" : false,
                        "priority" : 1,
                        "tags" : {

                        },
                        "slaveDelay" : NumberLong(0),
                        "votes" : 1
                }
        ],
        "settings" : {
                "chainingAllowed" : true,
                "heartbeatIntervalMillis" : 2000,
                "heartbeatTimeoutSecs" : 10,
                "electionTimeoutMillis" : 10000,
                "catchUpTimeoutMillis" : -1,
                "catchUpTakeoverDelayMillis" : 30000,
                "getLastErrorModes" : {

                },
                "getLastErrorDefaults" : {
                        "w" : 1,
                        "wtimeout" : 0
                },
                "replicaSetId" : ObjectId("5e85fdfc7575d93de64204cd")
        }
}

　　　　 "_id" : "myrs" ：副本集的配置数据存储的主键值，默认就是副本集的名字

　　　　"members" ：副本集成员数组，此时只有一个： "host" : "192.168.43.182:27017" ，

　　　　　　该成员不是仲裁节点： "arbiterOnly" : false；优先级（权重值）： "priority" : 1,
　　　　 "settings" ：副本集的参数配置。

　　　　提示：副本集配置的查看命令，本质是查询的是 system.replset 的表中的数据：use local　　db.system.replset.find()

　　第六步：查看副本集状态

　　　　rs.status() 此输出使用从副本集的其他成员发送的心跳包中获得的数据反映副本集的当前状态。展示的信息更全面

　　第七步：添加副本从节点

　　　　在主节点添加从节点，将其他成员加入到副本集

　　　　语法：rs.add(host, arbiterOnly)

　　　　参数：

　　　　　　

 　　　　　　主机成员的配置文档：

{
    _id: <int>,
    host: <string>,     // required
    arbiterOnly: <boolean>,
    buildIndexes: <boolean>,
    hidden: <boolean>,
    priority: <number>,
    tags: <document>,
    slaveDelay: <int>,
    votes: <number>
}

　　　　将27018的副本节点添加到副本集中：rs.add("192.168.43.182:27018")

　　　　查看副本集状态：rs.status()　　如果添加成功会看到 members 副本集成员数组增加了一个　　角色是 "stateStr" : "SECONDARY"

　　第八步：添加仲裁从节点

　　　　语法：rs.addArb(host)

　　　　将27019的仲裁节点添加到副本集中：rs.addArb("192.168.43.182:27019")

　　　　查看副本集状态：rs.status()　　角色是 "stateStr" : "ARBITER"

副本集的数据读写操作：

　　主节点：可读可写

　　从节点：当前从节点只是一个备份，不是奴隶节点，无法读取数据，写当然更不行了

　　　　　　默认情况下，从节点是没有读写权限的，可以增加读的权限，需要进行设置。

　　　　设置为奴隶节点，允许在从成员上运行读的操作（先登录从节点再执行下面命令）

　　　　　　语法：rs.slaveOk() 或 rs.slaveOk(true)

　　　　　　该命令是 db.getMongo().setSlaveOk() 的简化命令。

　　　　取消作为奴隶节点的读权限：rs.slaveOk(false)

　　仲裁者节点，不存放任何业务数据的，可以登录查看

主节点的选举原则：

　　MongoDB在副本集中，会自动进行主节点的选举，主节点选举的触发条件：

　　　　1） 主节点故障
　　　　2） 主节点网络不可达（默认心跳信息为10秒）
　　　　3） 人工干预（rs.stepDown(600)）
　　　　一旦触发选举，就要根据一定规则来选主节点。

　　选举规则是根据票数来决定谁获胜：
　　　　票数最高，且获得了 “大多数”成员的投票支持的节点获胜。
　　　　　　“大多数”的定义为：假设副本集内投票成员数量为N，则大多数为 N/2 + 1。例如：3个投票成员，则大多数的值是2。
　　　　　　当副本集内存活成员数量不足大多数时，整个复制集将无法选举出Primary，副本集将无法提供写服务，处于只读状态。
　　　　若票数相同，且都获得了 “大多数”成员的投票支持的，数据新的节点获胜。数据的新旧是通过操作日志oplog来对比的。

　　在获得票数的时候，优先级（priority）参数影响重大。
　　可以通过设置优先级（priority）来设置额外票数。优先级即权重，取值为0-1000，相当于可额外增加0-1000的票数，优先级的值越大，就越可能获得多数成员的投票（votes）数。指定较高的值可使成员更有资格成为主要成员，更低的值可使成员更不符合条件。
　　默认情况下，优先级的值是1

　　主节点和副本节点的优先级各为 1，即，默认可以认为都已经有了一票。但选举节点，优先级是0，（要注意是，官方说了，选举节点的优先级必须是0，不能是别的值。即不具备选举权，但具有投票权）
　　修改优先级：
　　　　1）先将配置导入cfg变量：cfg=rs.conf()

　　　　2 ）然后修改值（ID号默认从0开始）：cfg.members[1].priority=2

　　　　3 ）重新加载配置：rs.reconfig(cfg)

　　　　稍等片刻会重新开始选举。

故障：
　　1.副本节点故障
　　　　主节点和仲裁节点对副本节点的心跳失败。但因为主节点还在，因此，没有触发投票选举。

　　　　如果此时，在主节点写入数据。再启动从节点，会发现，主节点写入的数据，会自动同步给从节点。

　　2.主节点故障

　　　　从节点和仲裁节点对副本节点的心跳失败，当失败超过10秒，此时因为没有主节点了，会自动发起投票。

　　　　而副本节点只有27018，因此，候选人只有一个就是27018，开始投票。

　　　　27019向27018投了一票，27018本身自带一票，因此共两票，超过了“大多数”，27019是仲裁节点，没有选举权，27018不向其投票，其票数是0.

　　　　再启动 27017节点，发现27017变成了从节点，27018仍保持主节点。
　　　　登录27017节点，发现是从节点了，数据自动从27018同步。
　　　　从而实现了高可用。

　　3.仲裁节点和主节点故障

　　　　先关掉仲裁节点27019，关掉现在的主节点27018
　　　　登录27017后，发现，27017仍然是从节点，副本集中没有主节点了，导致此时，副本集是只读状态，无法写入。
　　　　为啥不选举了？因为27017的票数，没有获得大多数，即没有大于等于2，它只有默认的一票（优先级是1）
　　　　如果要触发选举，随便加入一个成员即可。

　　　　如果只加入 27019仲裁节点成员，则主节点一定是27017，因为没得选了，仲裁节点不参与选举，但参与投票。
　　　　如果只加入 27018节点，会发起选举。因为27017和27018都是两票，则按照谁数据新，谁当主节点。
　　4.仲裁节点和从节点故障

　　　　先关掉仲裁节点27019，
　　　　关掉现在的副本节点27018
　　　　10秒后，27017主节点自动降级为副本节点。（服务降级）
　　　　副本集不可写数据了，已经故障了。

Compass 客户端连接副本集：

　　使用compass连接主节点和副本节点都是一样的，都可以实现读写，因为compass遇到写操作会自动使用主节点，读操作使用副本节点，与当前使用什么节点连接无关。