高可用MongoDB集群部署详解

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一、概述
NoSQL，指的是非关系型的数据库。NoSQL 有时也称作 Not Only SQL 的缩写，是对不同于传统的关系型数据库的数据库管理系统的统称。
NoSQL 用于超大规模数据的存储。（例如谷歌或 Facebook 每天为他们的用户收集万亿比特的数据）。这些类型的数据存储不需要固定的模式，无需多余操作就可以横向扩展。
今天我们可以通过第三方平台（如：Google,Facebook 等）可以很容易的访问和抓取数据。用户的个人信息，社交网络，地理位置，用户生成的数据和用户操作日志已经成倍的增加。我们如果要对这些用户数据进行挖掘，那 SQL 数据库已经不适合这些应用了, NoSQL 数据库的发展也却能很好的处理这些大的数据。

NoSQL 的优点
高可扩展性可以横向扩展也可以纵向扩展
分布式计算
低成本高性能
架构的灵活性，半结构化数据
没有复杂的关系
MongoDB 是一个基于分布式文件存储的数据库。由 C++ 语言编写。旨在为 WEB 应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。
MongoDB 是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库当中功能最丰富，最像关系数据库. 支持类似于面向对象的查询语言，几乎可以实现类似关系数据库单表查询的绝大部分功能，而且还支持对数据建立索引。所以这个非常方便，我们可以用 sql 操作 MongoDB，从关系型数据库迁移过来，开发人员学习成本会大大减少。如果再对底层的 sql API 做一层封装，开发基本可以感觉不到 mongodb 和关系型数据库的区别。同样 MongoDB 也是号称自己能够快速搭建一个高可用可扩展的的分布式集群。

二、安装配置与应用
MongoDB 可以在 windows 上安装使用，同样支持 linux 平台。我这里选的是 linux 平台安装。
1. 首先下载并解压安装包
curl -O https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-3.0.6.tgz # 下载
tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-3.0.6.tgz # 解压
mv mongodb-linux-x86_64-3.0.6/ /usr/local/mongodb # 将解压包拷贝到指定目录

把 MongoDB 的可执行文件路径加到 PATH 变量中(~/.bash_profile)
PATH=$PATH:$HOME/bin:/usr/local/mongodb/bin

2. 创建所 mongodb 启动需要的路径和文件
mkdir /data/db #创建存放 mongodb 的数据文件夹
mkdir /usr/local/mongodb/logs/ #创建存放 mongodb 日志的文件夹
touch /usr/local/mongodb/logs/mongodb.log #创建存放 mongodb 的日志文件

3. 启动 mongodb 服务。命令窗口直接执行就行
[root@DB ~]# mongod
2017-11-14T13:14:19.809+0800 I JOURNAL [initandlisten] journal dir=/data/db/journal
2017-11-14T13:14:19.809+0800 I JOURNAL [initandlisten] recover : no journal files present, no recovery needed
2017-11-14T13:14:19.815+0800 I JOURNAL [durability] Durability thread started
2017-11-14T13:14:19.815+0800 I JOURNAL [journal writer] Journal writer thread started
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] MongoDB starting : pid=4287 port=27017 dbpath=/data/db 64-bit host=DB
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: You are running this process as the root user, which is not recommended.
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled is ‘always’.
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** We suggest setting it to ‘never’
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag is ‘always’.
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** We suggest setting it to ‘never’
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: soft rlimits too low. rlimits set to 16384 processes, 65536 files. Number of processes should be at least 32768 : 0.5 times number of files.
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] db version v3.0.6
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] git version: 1ef45a23a4c5e3480ac919b28afcba3c615488f2
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] build info: Linux build6.ny.cbi.10gen.cc 2.6.32-431.3.1.el6.x86_64 #1 SMP Fri Jan 3 21:39:27 UTC 2014 x86_64 BOOST_LIB_VERSION=1_49
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] allocator: tcmalloc
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] options: {}
2017-11-14T13:14:19.849+0800 I NETWORK [initandlisten] waiting for connections on port 27017

可以看到 mongodb 服务进程以及启动，开启了 27017 端口等待连接了
另开一个命令窗口，使用 mongo 命令可以与 mongodb 进行交互。由于它是一个 JavaScript Shell，可以输入简单的算术运算测试一下：
[root@DB mongodb]# mongo
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: test
Server has startup warnings:
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: You are running this process as the root user, which is not recommended.
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled is ‘always’.
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** We suggest setting it to ‘never’
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag is ‘always’.
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** We suggest setting it to ‘never’
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: soft rlimits too low. rlimits set to 16384 processes, 65536 files. Number of processes should be at least 32768 : 0.5 times number of files.
2017-11-14T13:14:19.834+0800 I CONTROL [initandlisten]
> 3+2
5

也可以插入一些简单数据，查询验证：
> db.a.insert({a:1})
WriteResult({“nInserted” : 1})
> db.a.find()
{“_id” : ObjectId(“5a0a7fa7766decd974b3ad3f”), “a” : 1 }
>

三、mongodb 启动命令参数说明
mongod 的主要参数有：

–quiet# 安静输出
–port arg# 指定服务端口号，默认端口 27017
–bind_ip arg# 绑定服务 IP，若绑定 127.0.0.1，则只能本机访问，不指定默认本地所有 IP
–logpath arg# 指定 MongoDB 日志文件，注意是指定文件不是目录
–logappend# 使用追加的方式写日志
–pidfilepath arg# PID File 的完整路径，如果没有设置，则没有 PID 文件
–keyFile arg# 集群的私钥的完整路径，只对于 Replica Set 架构有效
–unixSocketPrefix arg# UNIX 域套接字替代目录,(默认为 /tmp)
–fork# 以守护进程的方式运行 MongoDB，创建服务器进程
–auth# 启用验证
–cpu# 定期显示 CPU 的 CPU 利用率和 iowait
–dbpath arg# 指定数据库路径
–diaglog arg# diaglog 选项 0=off 1=W 2=R 3=both 7=W+some reads
–directoryperdb# 设置每个数据库将被保存在一个单独的目录
–journal# 启用日志选项，MongoDB 的数据操作将会写入到 journal 文件夹的文件里
–journalOptions arg# 启用日志诊断选项
–ipv6# 启用 IPv6 选项
–jsonp# 允许 JSONP 形式通过 HTTP 访问（有安全影响）
–maxConns arg# 最大同时连接数默认 2000
–noauth# 不启用验证
–nohttpinterface# 关闭 http 接口，默认关闭 27018 端口访问
–noprealloc# 禁用数据文件预分配(往往影响性能)
–noscripting# 禁用脚本引擎
–notablescan# 不允许表扫描
–nounixsocket# 禁用 Unix 套接字监听
–nssize arg (=16)# 设置信数据库.ns 文件大小(MB)
–objcheck# 在收到客户数据, 检查的有效性，
–profile arg# 档案参数 0=off 1=slow, 2=all
–quota# 限制每个数据库的文件数，设置默认为 8
–quotaFiles arg# number of files allower per db, requires –quota
–rest# 开启简单的 rest API
–repair# 修复所有数据库 run repair on all dbs
–repairpath arg# 修复库生成的文件的目录, 默认为目录名称 dbpath
–slowms arg (=100)# value of slow for profile and console log
–smallfiles# 使用较小的默认文件
–syncdelay arg (=60)# 数据写入磁盘的时间秒数(0=never, 不推荐)
–sysinfo# 打印一些诊断系统信息
–upgrade# 如果需要升级数据库 * Replicaton 参数

——————————————————————————–

–fastsync# 从一个 dbpath 里启用从库复制服务，该 dbpath 的数据库是主库的快照，可用于快速启用同步
–autoresync# 如果从库与主库同步数据差得多，自动重新同步，
–oplogSize arg# 设置 oplog 的大小(MB) * 主 / 从参数

——————————————————————————–

–master# 主库模式
–slave# 从库模式
–source arg# 从库端口号
–only arg# 指定单一的数据库复制
–slavedelay arg# 设置从库同步主库的延迟时间 * Replica set(副本集) 选项：

——————————————————————————–

–replSet arg# 设置副本集名称 * Sharding(分片)选项

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–configsvr# 声明这是一个集群的 config 服务, 默认端口 27019，默认目录 /data/configdb
–shardsvr# 声明这是一个集群的分片, 默认端口 27018
–noMoveParanoia# 关闭偏执为 moveChunk 数据保存

可以把上述参数都写进 mongodb.conf 配置文件里：
[root@DB mongodb]# cat mongodb.conf
dbpath=/data/db
logpath=/usr/local/mongodb/logs/mongodb.log
logappend=true
port=27017
fork=true
auth=false
nohttpinterface=false
bind_ip=192.168.221.160
journal=true
quiet=true

启动的时候使用 -f��数引用这个位置即可
[root@DB mongodb]# mongod -f /usr/local/mongodb/mongodb.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 4319
child process started successfully, parent exiting
[root@DB mongodb]# ps -ef |grep mongo
root 4319 1 1 13:36 ? 00:00:00 mongod -f /usr/local/mongodb/mongodb.conf
[root@DB mongodb]# mongo 192.168.221.160
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: 192.168.221.160/test
Server has startup warnings:
2017-11-14T13:36:25.213+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: You are running this process as the root user, which is not recommended.
2017-11-14T13:36:25.213+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled is ‘always’.
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten] ** We suggest setting it to ‘never’
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag is ‘always’.
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten] ** We suggest setting it to ‘never’
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten]
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten] ** WARNING: soft rlimits too low. rlimits set to 16384 processes, 65536 files. Number of processes should be at least 32768 : 0.5 times number of files.
2017-11-14T13:36:25.214+0800 I CONTROL [initandlisten]
> db.a.find()
{“_id” : ObjectId(“5a0a7fa7766decd974b3ad3f”), “a” : 1 }
>

我们都知道，这种单实例的配置只适合学习开发时使用，生产肯定不会这么使用，不然单节点挂掉整条数据流全丢了
接下来一篇我们继续学习 mongodb 主从的配置···

在之前我们使用 mysql 数据库或者 redis 时大家广泛用到，采用双机备份后主节点挂掉了后从节点可以接替主机继续服务。所以这种模式比单节点的高可用性要好很多。
1、环境准备
实际应用中，需要两台机器一主一从。我这里因资源问题，使用一台机器解决。
192.168.221.161:27021 当做 master
192.168.221.161:27022 当做 slave
2、分别建立两个文件夹 /data/db_master，/data/db_slave
3、分别配置两个配置文件 mongodb_master.conf，mongodb_salve.conf
[root@MidApp mongodb]# cat mongodb_master.conf
dbpath=/data/db_master
logpath=/usr/local/mongodb/logs/mongodb_master.log
logappend=true
port=27021
fork=true
auth=false
nohttpinterface=false
bind_ip=192.168.221.161
journal=true
quiet=true
master=true

[root@MidApp mongodb]# cat mongodb_salve.conf
dbpath=/data/db_slave
logpath=/usr/local/mongodb/logs/mongodb_slave.log
logappend=true
port=27022
fork=true
auth=false
nohttpinterface=false
bind_ip=192.168.221.161
journal=true
quiet=true
slave=true
source=192.168.221.161:27021

4. 启动 master 节点
[root@MidApp mongodb]# mongod -f mongodb_master.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 55489
child process started successfully, parent exiting

Master 上输出日志内容如下：
2017-11-14T09:02:39.999-0800 I CONTROL [initandlisten] options: {config: “mongodb_master.conf”, master: true, net: { bindIp: “192.168.221.161”, http: { enabled: true}, port: 27021 }, processManagement: {fork: true}, security: {authorization: “disabled”}, storage: {dbPath: “/data/db_master”, journal: { enabled: true} }, systemLog: {destination: “file”, logAppend: true, path: “/usr/local/mongodb/logs/mongodb_master.log”, quiet: true} }
2017-11-14T09:02:40.014-0800 I INDEX [initandlisten] allocating new ns file /data/db_master/local.ns, filling with zeroes…
2017-11-14T09:02:40.018-0800 I NETWORK [websvr] admin web console waiting for connections on port 28021
2017-11-14T09:02:40.254-0800 I STORAGE [FileAllocator] allocating new datafile /data/db_master/local.0, filling with zeroes…
2017-11-14T09:02:40.254-0800 I STORAGE [FileAllocator] creating directory /data/db_master/_tmp
2017-11-14T09:02:40.263-0800 I STORAGE [FileAllocator] done allocating datafile /data/db_master/local.0, size: 64MB, took 0.001 secs
2017-11-14T09:02:40.318-0800 I REPL [initandlisten] ******
2017-11-14T09:02:40.318-0800 I REPL [initandlisten] creating replication oplog of size: 990MB…
2017-11-14T09:02:40.319-0800 I STORAGE [FileAllocator] allocating new datafile /data/db_master/local.1, filling with zeroes…
2017-11-14T09:02:40.349-0800 I STORAGE [FileAllocator] done allocating datafile /data/db_master/local.1, size: 1024MB, took 0.029 secs
2017-11-14T09:02:40.354-0800 I REPL [initandlisten] ******
2017-11-14T09:02:40.358-0800 I NETWORK [initandlisten] waiting for connections on port 27021

5. 启动从节点
[root@MidApp mongodb]# mongod -f mongodb_salve.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 55577
child process started successfully, parent exiting

Slave 上输出日志如下：
2017-11-14T09:05:10.757-0800 I CONTROL [initandlisten] allocator: tcmalloc
2017-11-14T09:05:10.757-0800 I CONTROL [initandlisten] options: {config: “mongodb_salve.conf”, net: { bindIp: “192.168.221.161”, http: { enabled: true}, port: 27022 }, processManagement: {fork: true}, security: {authorization: “disabled”}, slave: true, source: “192.168.221.161:27021”, storage: {dbPath: “/data/db_slave”, journal: { enabled: true} }, systemLog: {destination: “file”, logAppend: true, path: “/usr/local/mongodb/logs/mongodb_slave.log”, quiet: true} }
2017-11-14T09:05:10.759-0800 I INDEX [initandlisten] allocating new ns file /data/db_slave/local.ns, filling with zeroes…
2017-11-14T09:05:10.763-0800 I NETWORK [websvr] admin web console waiting for connections on port 28022
2017-11-14T09:05:11.039-0800 I STORAGE [FileAllocator] allocating new datafile /data/db_slave/local.0, filling with zeroes…
2017-11-14T09:05:11.039-0800 I STORAGE [FileAllocator] creating directory /data/db_slave/_tmp
2017-11-14T09:05:11.045-0800 I STORAGE [FileAllocator] done allocating datafile /data/db_slave/local.0, size: 64MB, took 0.001 secs
2017-11-14T09:05:11.066-0800 I NETWORK [initandlisten] waiting for connections on port 27022

6. 验证一下主从复制
登录 master 插入数据：
[root@MidApp mongodb]# mongo 192.168.221.161:27021
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: 192.168.221.161:27021/test
> show dbs
local 1.078GB
> use test
switched to db test
> db.testdb.insert({“test1″:”item1”})
WriteResult({“nInserted” : 1})
> db.testdb.find()
{“_id” : ObjectId(“5a0b23702c969986fca777ed”), “test1” : “item1” }

登录 slave 节点，验证数据：
[root@MidApp mongodb]# mongo 192.168.221.161:27022
MongoDB shell version: 3.0.6
connecting to: 192.168.221.161:27022/test
> show dbs
2017-11-14T09:07:45.745-0800 E QUERY Error: listDatabases failed:{“note” : “from execCommand”, “ok” : 0, “errmsg” : “not master”}
at Error (<anonymous>)
at Mongo.getDBs (src/mongo/shell/mongo.js:47:15)
at shellHelper.show (src/mongo/shell/utils.js:630:33)
at shellHelper (src/mongo/shell/utils.js:524:36)
at (shellhelp2):1:1 at src/mongo/shell/mongo.js:47
> db.getMongo().setSlaveOk()# 由于 slave 节点默认是不可读的，需要先执行这句命令才能查询数据
> show dbs
local 0.078GB
> show dbs
local 0.078GB
test 0.078GB
> db.testdb.find()
{“_id” : ObjectId(“5a0b23702c969986fca777ed”), “test1” : “item1” }

从节点上可以通过命令 db.printReplicationInfo()查看服务状态：
> db.printReplicationInfo()
this is a slave, printing slave replication info.
source: 192.168.221.161:27021
syncedTo: Tue Nov 14 2017 09:12:04 GMT-0800 (PST)
7 secs (0 hrs) behind the freshest member (no primary available at the moment)

至此，mongodb 的主从架构已经完成了。为防止机器负载过大，也可以配置一主多从服务，master 节点只负责写操作，slave 节点只提供读操作。
不过，存在几个疑问：
a. 从服务器可以当做主服务器吗，也就是从服务器可写吗？
试一下：
> db.testdb.insert({“test3″:”item3”})
WriteResult({“writeError” : { “code” : undefined, “errmsg” : “not master”} })

可以看到，slave 节点是不可写的
b. 如果 master 挂掉，从服务器会自动接管主服务，变为可写吗？
把 master 进程杀掉：
kill -9 `ps -ef|grep mongod|grep -v grep|awk ‘{print $2}’`

测试 slave 节点：
> db.testdb.insert({“test3″:”item3”})
WriteResult({“writeError” : { “code” : undefined, “errmsg” : “not master”} })

发现，还是不可写！
这种情况只能手动干预了。。。
继续思考一个问题：
我们怎么实现主节点挂了之后能够自动切换？下一篇接着学习 mongodb 的集群搭建