MongoDB高可用HA环境搭建

HA的三种工作方式：
主从架构（Master-Slave）
副本集架构（Replica Set）
- Primary和Secondary搭建的Replica Set
- 使用Arbiter搭建Replica Set
数据分片架构（Sharding）
- 搭建一个有2个shard的集群

HA的三种工作方式：

主从方式（非对称方式）

工作原理：主机工作，备机处于监控准备状况；当主机宕机时，备机接管主机的一切工作，待主机恢复正常后，按使用者的设定以自动或手动方式将服务切换到主机上运行，数据的一致性通过共享存储系统解决。

双机双工方式（互备互援）

工作原理：两台主机同时运行各自的服务工作且相互监测情况，当任一台主机宕机时，另一台主机立即接管它的一切工作，保证工作实时，应用服务系统的关键数据存放在共享存储系统中。

集群工作方式（多服务器互备方式）

工作原理：多台主机一起工作，各自运行一个或几个服务，各为服务定义一个或多个备用主机，当某个主机故障时，运行在其上的服务就可以被其它主机接管.

主从架构（Master-Slave）

主从架构一般用于备份或者做读写分离。由两种角色构成：

主(Master)

可读可写，当数据有修改的时候，会将oplog同步到所有连接的salve上去。

从(Slave)

只读不可写，自动从Master同步数据。

1. 特别的，对于Mongodb来说，并不推荐使用Master-Slave架构，因为Master-Slave其中Master宕机后不能自动恢复，推荐使用Replica Set，后面会有介绍，除非Replica的节点数超过50，才需要使用Master-Slave架构，正常情况是不可能用那么多节点的。 2. Master-Slave不支持链式结构，Slave只能直接连接Master。Redis的Master-Slave支持链式结构，Slave可以连接Slave，成为Slave的Slave。

副本集架构（Replica Set）

为了防止单点故障就需要引副本（Replication），当发生硬件故障或者其它原因造成的宕机时，可以使用副本进行恢复，最好能够自动的故障转移（failover）。有时引入副本是为了读写分离，将读的请求分流到副本上，减轻主（Primary）的读压力。而Mongodb的Replica Set都能满足这些要求。

Replica Set的一堆mongod的实例集合，它们有着同样的数据内容。包含三类角色：

主节点（Primary）接收所有的写请求，然后把修改同步到所有Secondary。一个Replica Set只能有一个Primary节点，当Primar挂掉后，其他Secondary或者Arbiter节点会重新选举出来一个主节点。默认读请求也是发到Primary节点处理的，需要转发到Secondary需要客户端修改一下连接配置。
副本节点（Secondary）与主节点保持同样的数据集。当主节点挂掉的时候，参与选主。
仲裁者（Arbiter）不保有数据，不参与选主，只进行选主投票。使用Arbiter可以减轻数据存储的硬件需求，Arbiter跑起来几乎没什么大的硬件资源需求，但重要的一点是，在生产环境下它和其他数据节点不要部署在同一台机器上。

注意，一个自动failover的Replica Set节点数必须为奇数，目的是选主投票的时候要有一个大多数才能进行选主决策。

Primary和Secondary搭建的Replica Set

奇数个数据节点构成的Replica Set

# 启动3个数据节点，--relSet指定同一个副本集的名字
mongod --port 2001 --dbpath rs0-1 --replSet rs0
mongod --port 2002 --dbpath rs0-2 --replSet rs0
mongod --port 2003 --dbpath rs0-3 --replSet rs0
# 连接到其中一个，配置Replica Set，同时正在执行rs.add的节点被选为Primary
mongo --port 2001 rs.initiate()
rs.add("<hostname>:2002")
rs.add("<hostname>:2003")
rs.conf()

使用Arbiter搭建Replica Set

偶数个数据节点，加一个Arbiter构成的Replica Set

# 生产环境中的Arbiter节点，需要修改一下配置：
journal.enabled = false
smallFiles = true
# 启动两个数据节点和一个Arbiter节点
mongod --port 2001 --dbpath rs0-1 --replSet rs0
mongod --port 2002 --dbpath rs0-2 --replSet rs0
mongod --port 2003 --dbpath arb --replSet rs0
# 连接到其中一个，添加Secondary和Arbiter。当仅需要添加Aribiter的时候，只需连接当前Replica Set的Primary，然后执行rs.addArb。
mongo --port 2001
rs.initiate()
rs.add("<hostname>:2002")
rs.addArb("<hostname>:2003")
rs.conf()
# Secondary默认不可操作，需要执行
rs.slaveOk()

带权限处理

各服务器必须bind到本机的IP上（我尝试0.0.0.0不成功）

openssl rand -base64 741 > /etc/mongod-keyfile
chmod 600 /etc/mongod-keyfile
chown mongod.mongod /etc/mongod-keyfile

在security中配置keyFile /etc/mongodb-keyfile

数据分片架构（Sharding）

当数据量比较大的时候，我们需要把数据分片运行在不同的机器中，以降低CPU、内存和IO的压力，Sharding就是这样的技术。数据库主要由两种方式做Sharding：纵向，横向，纵向的方式就是添加更多的CPU，内存，磁盘空间等。横向就是上面说的方式.

MongoDB分片架构中的角色：

数据分片（Shards）保存数据，保证数据的高可用性和一致性。可以是一个单独的mongod实例，也可以是一个副本集。在生产环境下Shard是一个Replica Set，以防止该数据片的单点故障。所有Shard中有一个PrimaryShard，里面包含未进行划分的数据集合.
查询路由（Query Routers） mongos的实例，客户端直接连接mongos，由mongos把读写请求路由到指定的Shard上去。一个Sharding集群，可以有一个mongos，也可以有多mongos以减轻客户端请求的压力。
配置服务器（Config servers）保存集群的元数据（metadata），包含各个Shard的路由规则。

搭建一个有2个shard的集群

# 启动两个数据分片节点
mongod --port 2001 --shardsvr --dbpath shard1/
mongod --port 2002 --shardsvr --dbpath shard2/
# 启动配置服务器
mongod --port 3001 --dbpath cfg1/
mongod --port 3002 --dbpath cfg2/
mongod --port 3003 --dbpath cfg3/
# 启动查询路由mongos服务器
mongos --port 5000 --configdb 127.0.0.1:3001,127.0.0.1:3002,127.0.0.1:3003
# 连接mongos，为集群添加数据分片节点。
mongo --port 5000 amdmin
sh.addShard("127.0.0.1:2001")
sh.addShard("127.0.0.1:2002")
# 如果Shard是Replica Set，添加Shard的命令：
sh.addShard("rsname/host1:port,host2:port,...")
# rsname - 副本集的名字

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