搭建高可用MongoDB集群（Replicaset）

MongoDB基礎(chǔ)可參考https://blog.51cto.com/kaliarch/2044423

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一、概述

1.1 MongoDB副本集

通俗來講，mongodb的副本集相當(dāng)于具有自動故障恢復(fù)的主從集群，主從集群和副本集最明顯的特征為副本集沒有固定的“主節(jié)點”，整個集群會通過一定的算法選舉出主節(jié)點，目前MongoDB官方已經(jīng)不建議使用主從模式了，在主從模式下，如果主數(shù)據(jù)庫宕機，從數(shù)據(jù)庫無法自動接管主數(shù)據(jù)庫，從而無法接入數(shù)據(jù)，取而代之的就是MongoDB副本集模式，主服務(wù)器負責(zé)整個副本集的讀寫，副本集定期同步數(shù)據(jù)備份，副本集中的副本節(jié)點在主節(jié)點掛掉后通過心跳機制檢測到后副本節(jié)點就會選舉一個新的主服務(wù)器，這一切對于應(yīng)用服務(wù)器無需關(guān)心。

1.2 架構(gòu)圖

搭建高可用MongoDB集群（Replica set）

搭建高可用MongoDB集群（Replica set） 1.3 復(fù)制原理

mongodb的復(fù)制至少需要兩個節(jié)點。其中一個是主節(jié)點，負責(zé)處理客戶端請求，其余的都是從節(jié)點，負責(zé)復(fù)制主節(jié)點上的數(shù)據(jù)。
mongodb各個節(jié)點常見的搭配方式為：一主一從、一主多從。
主節(jié)點記錄在其上的所有操作oplog，從節(jié)點定期輪詢主節(jié)點獲取這些操作，然后對自己的數(shù)據(jù)副本執(zhí)行這些操作，從而保證從節(jié)點的數(shù)據(jù)與主節(jié)點一致。

搭建高可用MongoDB集群（Replica set） 1.4 副本集特征：

N 個節(jié)點的集群
任何節(jié)點可作為主節(jié)點
所有寫入操作都在主節(jié)點上
自動故障轉(zhuǎn)移
自動恢復(fù)

1.5 Bully算法

如果副本集中主節(jié)點宕掉后，需要使用bully算法進行選舉主節(jié)點，其主要思想為每個成員均可以聲明自己為主節(jié)點并通知其他節(jié)點，別的節(jié)點可以選擇接受這個聲明或是拒絕并進入主節(jié)點競爭，只有被其他節(jié)點接受的節(jié)點才可以當(dāng)主節(jié)點，

節(jié)點按照一些屬性來判斷誰應(yīng)該勝出。這個屬性可以是一個靜態(tài)ID，也可以是更新的度量像最近一次事務(wù)ID（最新的節(jié)點會勝出）

官方描述：

得到每個服務(wù)器節(jié)點的最后操作時間戳。每個mongodb都有oplog機制會記錄本機的操作，方便和主服務(wù)器進行對比數(shù)據(jù)是否同步還可以用于錯誤恢復(fù)。
如果集群中大部分服務(wù)器down機了，保留活著的節(jié)點都為 secondary狀態(tài)并停止，不選舉了。
如果集群中選舉出來的主節(jié)點或者所有從節(jié)點最后一次同步時間看起來很舊了，停止選舉等待人來操作。
如果上面都沒有問題就選擇最后操作時間戳最新（保證數(shù)據(jù)是最新的）的服務(wù)器節(jié)點作為主節(jié)點。

1.6 Replica Set成員

一個Replica Set中的成員角色有三種：Primary，Secondary和Arbiter。

Primary：接收來自客戶端的所有的寫操作，一個Replica Set中有且只有一個Primary。Primary如果宕掉，Replica Set會自動選舉一個Secondary成為Primary。Primary將它data sets的所有操作都記錄到oplog中。
Secondary:Secondary從Primary復(fù)制oplog，然后將oplog中的操作應(yīng)用到自己的data sets。Secondary和Primary之間是異步復(fù)制，也就是Secondary中的數(shù)據(jù)可能不是最新的。默認情況下，Secondary不可讀不可寫，但是可以通過設(shè)置運行客戶端從Secondary讀。

Secondary配置的三種用途：

1.在選舉中阻止其成為Primary，只用作備份數(shù)據(jù)。通過設(shè)置優(yōu)先級priority為0來實現(xiàn)

2.阻止應(yīng)用程序從它讀，通過設(shè)置優(yōu)先級priority為0和設(shè)置hidden為true來實現(xiàn)。（一個隱藏的成員同樣復(fù)制Primary的數(shù)據(jù)，但是對于客戶端應(yīng)用程序來講，它不可見。）

3.保留歷史鏡像數(shù)據(jù)用于數(shù)據(jù)回檔，比如如果誤刪除數(shù)據(jù)，可以使用Delayed Replica Set成員中的數(shù)據(jù)恢復(fù)。

Arbiter:Arbiter不需要維護自己的data sets，只是當(dāng)Primary掛掉之后參與投票選擇哪個Secondary可以升級為Primary

Replica Set中的成員個數(shù)為偶數(shù)個時，就需要添加一個Arbiter用于投票選舉哪個可以升級為Primary，不能在Primary或者Secondary主機上運行Arbiter

一個Replica Set可以最多擁有12個成員，但是只有7個成員可以同時參與投票選舉成為Primary，如果成員數(shù)量超過12，就需要使用Master-Slave主從復(fù)制方式。

部署一個Replica Set至少需要三個成員，一個Arbiter，一個Secondary和一個Primary或者一個Primary，兩個Secondary。

二、搭建部署

2.1 基礎(chǔ)環(huán)境

主機名	IP地址	系統(tǒng)
mongodb-1	172.20.6.10	CentOS release 6.9
mongodb-2	172.20.6.11	CentOS release 6.9
mongodb-3	172.20.6.10	CentOS release 6.9

2.2 軟件安裝

在三臺服務(wù)器上依次安裝mongodb

wget -c https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-rhel62-3.4.10.tgz
tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel62-3.4.10.tgz
ln -sv mongodb-linux-x86_64-rhel62-3.4.10 mongodb
mkdir /usr/local/mongodb/{conf,mongoData,mongoLog}
touch /usr/local/mongodb/mongoLog/mongodb.log
echo "export PATH=$PAHT:/usr/local/mongodb/bin">/etc/profile.d/mongodb.sh
source etc/profile.d/mongodb.sh

定義配置文件

cat >/usr/local/mongodb/conf/mongodb.conf<
依次啟動三個mongodb
mongodb -f /usr/local/mongodb/conf/mongodb.conf
2.3 副本集部署
挑選任意一臺mongodb進行登錄
use admin                #切換到admin數(shù)據(jù)庫
config = {_id:"RS",members:[                #定義副本集配置
{_id:0,host:"172.20.6.10:27017"},
{_id:1,host:"172.20.6.11:27017"},
{_id:2,host:"172.20.6.12:27017"},]
}
rs.initiate(config);        #初始化副本集配置

RS:PRIMARY> rs.status();                #查看副本集狀態(tài)
{
    "set" : "RS",
    "date" : ISODate("2017-11-26T14:09:00.054Z"),
    "myState" : 1,
    "term" : NumberLong(1),
    "heartbeatIntervalMillis" : NumberLong(2000),
    "optimes" : {
        "lastCommittedOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511705333, 1),
            "t" : NumberLong(1)
        },
        "appliedOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511705333, 1),
            "t" : NumberLong(1)
        },
        "durableOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511705333, 1),
            "t" : NumberLong(1)
        }
    },
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "172.20.6.10:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",                        #主節(jié)點
            "uptime" : 377,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1511705333, 1),
                "t" : NumberLong(1)
            },
            "optimeDate" : ISODate("2017-11-26T14:08:53Z"),
            "infoMessage" : "could not find member to sync from",
            "electionTime" : Timestamp(1511705241, 1),
            "electionDate" : ISODate("2017-11-26T14:07:21Z"),
            "configVersion" : 1,
            "self" : true
        },
        {
            "_id" : 1,
            "name" : "172.20.6.11:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",                #secondary節(jié)點
            "uptime" : 109,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1511705333, 1),
                "t" : NumberLong(1)
            },
            "optimeDurable" : {
                "ts" : Timestamp(1511705333, 1),
                "t" : NumberLong(1)
            },
            "optimeDate" : ISODate("2017-11-26T14:08:53Z"),
            "optimeDurableDate" : ISODate("2017-11-26T14:08:53Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2017-11-26T14:09:00.053Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-11-26T14:08:59.072Z"),
            "pingMs" : NumberLong(0),
            "syncingTo" : "172.20.6.10:27017",
            "configVersion" : 1
        },
        {
            "_id" : 2,
            "name" : "172.20.6.12:27017",                
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",                    #secondary節(jié)點
            "uptime" : 109,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1511705333, 1),
                "t" : NumberLong(1)
            },
            "optimeDurable" : {
                "ts" : Timestamp(1511705333, 1),
                "t" : NumberLong(1)
            },
            "optimeDate" : ISODate("2017-11-26T14:08:53Z"),
            "optimeDurableDate" : ISODate("2017-11-26T14:08:53Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2017-11-26T14:09:00.053Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-11-26T14:08:59.054Z"),
            "pingMs" : NumberLong(0),
            "syncingTo" : "172.20.6.10:27017",
            "configVersion" : 1
        }
    ],
    "ok" : 1
}
此時replica set集群已結(jié)搭建成功
三、副本集測試
3.1 數(shù)據(jù)復(fù)制測試
在主節(jié)點創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，并創(chuàng)建集合，插入文檔，在secondary查看文檔
此時已經(jīng)完成在主節(jié)點創(chuàng)建數(shù)據(jù)，接下來在secondary查看數(shù)據(jù)是否已經(jīng)同步過去。
mongodb默認是從主節(jié)點讀寫數(shù)據(jù)的，副本節(jié)點上不允許讀，需要設(shè)置副本節(jié)點可以讀。
db.getMongo().setSlaveOk();            #設(shè)置副本節(jié)點可讀
此時我們可以測試得到數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)已經(jīng)同步到secondary上，但是無法在secondary上進行數(shù)據(jù)的增刪改操作。
3.2 故障轉(zhuǎn)移測試
目前mongodb-1為主節(jié)點，mongdb-2、mongodb-3為副本集節(jié)點，此時停掉主節(jié)點的mongod服務(wù)，進行故障轉(zhuǎn)移測試。
宕掉主節(jié)點mongodb-1的服務(wù)后，我們登錄mongodb-2，查看副本集狀態(tài)：
RS:PRIMARY> rs.status()
{
    "set" : "RS",
    "date" : ISODate("2017-11-26T14:35:03.422Z"),
    "myState" : 1,
    "term" : NumberLong(2),
    "heartbeatIntervalMillis" : NumberLong(2000),
    "optimes" : {
        "lastCommittedOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511706901, 1),
            "t" : NumberLong(2)
        },
        "appliedOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511706901, 1),
            "t" : NumberLong(2)
        },
        "durableOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511706901, 1),
            "t" : NumberLong(2)
        }
    },
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "172.20.6.10:27017",
            "health" : 0,
            "state" : 8,
            "stateStr" : "(not reachable/healthy)",                #mongodb-1已經(jīng)失去連接
            "uptime" : 0,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(0, 0),
                "t" : NumberLong(-1)
            },
            "optimeDurable" : {
                "ts" : Timestamp(0, 0),
                "t" : NumberLong(-1)
            },
            "optimeDate" : ISODate("1970-01-01T00:00:00Z"),
            "optimeDurableDate" : ISODate("1970-01-01T00:00:00Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2017-11-26T14:35:02.502Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-11-26T14:32:20.434Z"),
            "pingMs" : NumberLong(0),
            "lastHeartbeatMessage" : "Connection refused",
            "configVersion" : -1
        },
        {
            "_id" : 1,
            "name" : "172.20.6.11:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",                        #mongodb-2為新的主節(jié)點
            "uptime" : 1842,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1511706901, 1),
                "t" : NumberLong(2)
            },
            "optimeDate" : ISODate("2017-11-26T14:35:01Z"),
            "electionTime" : Timestamp(1511706750, 1),
            "electionDate" : ISODate("2017-11-26T14:32:30Z"),
            "configVersion" : 1,
            "self" : true
        },
        {
            "_id" : 2,
            "name" : "172.20.6.12:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",                    #mongodb-3為secondary節(jié)點
            "uptime" : 1671,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1511706901, 1),
                "t" : NumberLong(2)
            },
            "optimeDurable" : {
                "ts" : Timestamp(1511706901, 1),
                "t" : NumberLong(2)
            },
            "optimeDate" : ISODate("2017-11-26T14:35:01Z"),
            "optimeDurableDate" : ISODate("2017-11-26T14:35:01Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2017-11-26T14:35:02.354Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-11-26T14:35:02.730Z"),
            "pingMs" : NumberLong(0),
            "syncingTo" : "172.20.6.11:27017",
            "configVersion" : 1
        }
    ],
    "ok" : 1
}
查看mongodb-2的日志，發(fā)現(xiàn)mongodb-1心跳檢查已經(jīng)失去連接，重新進行了主節(jié)點選舉
此時在新節(jié)點mongodb-2進行文檔插入操作
此時上線mongodb-1，查看集群狀態(tài)與數(shù)據(jù)是否正常同步到mongodb-1上。
啟動mongodb-1的服務(wù)，查看集群狀態(tài)，此時mongodb-1已結(jié)成為新的secondary節(jié)點。
RS:PRIMARY> rs.status()
{
    "set" : "RS",
    "date" : ISODate("2017-11-27T02:13:41.683Z"),
    "myState" : 1,
    "term" : NumberLong(2),
    "heartbeatIntervalMillis" : NumberLong(2000),
    "optimes" : {
        "lastCommittedOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511748812, 1),
            "t" : NumberLong(2)
        },
        "appliedOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511748812, 1),
            "t" : NumberLong(2)
        },
        "durableOpTime" : {
            "ts" : Timestamp(1511748812, 1),
            "t" : NumberLong(2)
        }
    },
    "members" : [
        {
            "_id" : 0,
            "name" : "172.20.6.10:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",                        #mongodb-1為secondary節(jié)點
            "uptime" : 1945,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1511748812, 1),
                "t" : NumberLong(2)
            },
            "optimeDurable" : {
                "ts" : Timestamp(1511748812, 1),
                "t" : NumberLong(2)
            },
            "optimeDate" : ISODate("2017-11-27T02:13:32Z"),
            "optimeDurableDate" : ISODate("2017-11-27T02:13:32Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2017-11-27T02:13:41.373Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-11-27T02:13:40.854Z"),
            "pingMs" : NumberLong(0),
            "syncingTo" : "172.20.6.12:27017",
            "configVersion" : 1
        },
        {
            "_id" : 1,
            "name" : "172.20.6.11:27017",
            "health" : 1,
            "state" : 1,
            "stateStr" : "PRIMARY",                        #mongodb-2為主節(jié)點
            "uptime" : 43760,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1511748812, 1),
                "t" : NumberLong(2)
            },
            "optimeDate" : ISODate("2017-11-27T02:13:32Z"),
            "electionTime" : Timestamp(1511706750, 1),
            "electionDate" : ISODate("2017-11-26T14:32:30Z"),
            "configVersion" : 1,
            "self" : true
        },
        {
            "_id" : 2,
            "name" : "172.20.6.12:27017",                    #mongodb-3為secondary節(jié)點
            "health" : 1,
            "state" : 2,
            "stateStr" : "SECONDARY",
            "uptime" : 43589,
            "optime" : {
                "ts" : Timestamp(1511748812, 1),
                "t" : NumberLong(2)
            },
            "optimeDurable" : {
                "ts" : Timestamp(1511748812, 1),
                "t" : NumberLong(2)
            },
            "optimeDate" : ISODate("2017-11-27T02:13:32Z"),
            "optimeDurableDate" : ISODate("2017-11-27T02:13:32Z"),
            "lastHeartbeat" : ISODate("2017-11-27T02:13:41.220Z"),
            "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2017-11-27T02:13:41.209Z"),
            "pingMs" : NumberLong(0),
            "syncingTo" : "172.20.6.11:27017",
            "configVersion" : 1
        }
    ],
    "ok" : 1
}
查看mongodb-1數(shù)據(jù)已經(jīng)正常同步。
四、其他
如果考慮到主服務(wù)器的復(fù)制壓力過大，可以制作仲裁節(jié)點，其中的仲裁節(jié)點不存儲數(shù)據(jù)，只是負責(zé)故障轉(zhuǎn)移的群體投票，這樣就少了數(shù)據(jù)復(fù)制的壓力。
刪除節(jié)點：
rs.remove("172.20.6.12:27017")            #刪除節(jié)點
添加節(jié)點
rs.add("172.20.6.12:27017")                #添加節(jié)點
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            當(dāng)前標(biāo)題：搭建高可用MongoDB集群（Replicaset）            

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搭建高可用MongoDB集群（Replicaset）

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