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

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老陈聊架构 发表于 2022/07/26 10:32:58 2022/07/26
【摘要】 读完这篇文章里你能收获到 1. MongoDB是如何通过复制集实现高可用的 2. 主节点宕机后如何通过选举做到故障恢复 3. 在复制集中常见的可调整参数有哪些 4. 在Linux原生环境搭建MongoDB复制集 5. 在Winodws环境搭建MongoDB复制集

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读完这篇文章里你能收获到

  • MongoDB是如何通过复制集实现高可用的
  • 主节点宕机后如何通过选举做到故障恢复
  • 在复制集中常见的可调整参数有哪些
  • 在Linux原生环境搭建MongoDB复制集
  • 在Winodws环境搭建MongoDB复制集

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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)
    在这里插入图片描述

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。

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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;
  • 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

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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。

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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/db{1,2,3}

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

  • 进入mongo shell
mongo --port 28017
  • 创建复制集
# 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()

在这里插入图片描述

5 复制集配置调整

var conf = rs.conf()
// 将0号节点的优先级调整为10
conf.members[0].priority = 10;
// 将1号节点调整为hidden节点
conf.members[1].hidden = true;
// hidden节点必须配置{priority: 0}
conf.members[1].priority = 0;
// 应用以上调整
rs.reconfig(conf);
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