MongoDB分片集群简介

在单机环境下，高频率的查询会给服务器 CPU 和 I/O 带来巨大的负担，基于这个原因，MongoDB 提供了分片机制用于解决大数据集的分布式部署，从而提高系统的吞吐量。一个标准的 MongoDB 分片集群通常包含以下三类组件：
在这里插入图片描述

  • mongos，数据库集群请求的入口，所有的请求都通过mongos进行协调，不需要在应用程序添加一个路由选择器，mongos自己就是一个请求分发中心，它负责把对应的数据请求转发到对应的shard服务器上。在生产环境通常有多mongos作为请求的入口，防止其中一个挂掉所有的mongodb请求都没有办法操作。
  • config server，为配置服务器，存储所有数据库元信息（路由、分片）的配置。mongos本身没有物理存储分片服务器和数据路由信息，只是缓存在内存里，配置服务器则实际存储这些数据。mongos第一次启动或者关掉重启就会从 config server 加载配置信息，以后如果配置服务器信息变化会通知到所有的 mongos 更新自己的状态，这样 mongos 就能继续准确路由。在生产环境通常有多个 config server 配置服务器，因为它存储了分片路由的元数据，防止数据丢失！
  • shard，分片（sharding）是指将数据库拆分，将其分散在不同的机器上的过程。将数据分散到不同的机器上，不需要功能强大的服务器就可以存储更多的数据和处理更大的负载。基本思想就是将集合切成小块，这些块分散到若干片里，每个片只负责总数据的一部分，最后通过一个均衡器来对各个分片进行均衡（数据迁移）。

分片集群部署规划

节点IP、组件及端口规划：

主机名IP地址mongos-routerconfig-servershard
mongodb01192.168.92.80mongos-router:27017config-server:27018shard1:27019 shard2:27020 shard3:27021
mongodb02192.168.92.81mongos-router:27017config-server:27018shard1:27019 shard2:27020 shard3:27021
mongodb03192.168.92.82mongos-router:27017config-server:27018shard1:27019 shard2:27020 shard3:27021

部署说明：

  • configServer配置服务器建议部署为包含3个成员的副本集模式，出于测试目的，您可以创建一个单成员副本集；
  • shard分片请使用至少包含三个成员的副本集。出于测试目的，您可以创建一个单成员副本集；
  • mongos没有副本集概念，可以部署1个、2个或多个。
  • 本次部署使用3台服务器，部署3个mongos、3个configServer、以及3个分片，每个分片包含3个成员，都分布在不同服务器上。

部署架构图：
在这里插入图片描述

二进制安装mongodb

以下操作在所有节点执行。

参考：https://docs.mongodb.com/manual/tutorial/install-mongodb-on-red-hat-tarball/

配置主机名

hostnamectl set-hostname mongodb01
hostnamectl set-hostname mongodb02
hostnamectl set-hostname mongodb03

配置主机名解析

cat > /etc/hosts <<EOF
192.168.92.80 mongodb01
192.168.92.81 mongodb02
192.168.92.82 mongodb03
EOF

集群目录规划：

  • mongodb安装目录：/opt/mongodb
  • 集群组件数据目录：/opt/mongdb/cluster

创建数据目录和日志目录

mkdir -p /opt/mongodb/cluster/{config,mongos,shard1,shard2,shard3}/{data,logs}

目录结构如下：

[root@mongodb01 ~]# tree /opt/mongodb/
/opt/mongodb/
└── cluster
    ├── config
    │   ├── data
    │   └── logs
    ├── mongos
    │   ├── data
    │   └── logs
    ├── shard1
    │   ├── data
    │   └── logs
    ├── shard2
    │   ├── data
    │   └── logs
    └── shard3
        ├── data
        └── logs

安装mongodb tar包所需依赖

yum install -y libcurl openssl xz-libs

下载mongodb二进制包并解压至/opt/mongodb

wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.4.4.tgz -P /tmp
tar -zxvf /tmp/mongodb-linux-x86_64-* -C /opt/mongodb --strip=1

配置环境变量

echo "PATH=$PATH:/opt/mongodb/bin" > /etc/profile.d/mongodb.sh
source /etc/profile.d/mongodb.sh

mongo --version

创建mongodb启动用户：

groupadd mongod
useradd -g mongod mongod

配置mongodb目录权限

chown -R mongod:mongod /opt/mongodb

所有节点安装rsync，方便分发配置文件

yum install -y rsync

修改对应组件配置文件

以下所有操作在第一个节点mongodb01执行。

下载并分发配置文件模板到各个目录：

wget https://raw.githubusercontent.com/mongodb/mongo/master/rpm/mongod.conf -P /opt/mongodb/
realpath /opt/mongodb/cluster/* | xargs -I {} cp /opt/mongodb/mongod.conf {}

修改configServer配置文件：

cat > /opt/mongodb/cluster/config/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /opt/mongodb/cluster/config/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /opt/mongodb/cluster/config/data
  journal:
    enabled: true

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /opt/mongodb/cluster/config/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27018
  bindIp: mongodb01

sharding:
  clusterRole: configsvr

replication:
  replSetName: config
EOF

修改shard1分片配置文件

cat > /opt/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /opt/mongodb/cluster/shard1/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /opt/mongodb/cluster/shard1/data
  journal:
    enabled: true

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /opt/mongodb/cluster/shard1/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27019
  bindIp: mongodb01

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard1
EOF

修改shard2分片配置文件

cat > /opt/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /opt/mongodb/cluster/shard2/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /opt/mongodb/cluster/shard2/data
  journal:
    enabled: true

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /opt/mongodb/cluster/shard2/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27020
  bindIp: mongodb01

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard2
EOF

修改shard3分片配置文件

cat > /opt/mongodb/cluster/shard3/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /opt/mongodb/cluster/shard3/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /opt/mongodb/cluster/shard3/data
  journal:
    enabled: true

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /opt/mongodb/cluster/shard3/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27021
  bindIp: mongodb01

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard3
EOF

修改mongos-router配置文件，注意mongos没有storage部分配置：

cat > /opt/mongodb/cluster/mongos/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /opt/mongodb/cluster/mongos/logs/mongod.log

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /opt/mongodb/cluster/mongos/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27017
  bindIp: mongodb01

sharding:
  configDB: config/mongodb01:27018,mongodb02:27018,mongodb03:27018
EOF

分发配置到各个节点，注意，使用rsync复制能够保留文件目录权限

rsync -avzp /opt/mongodb/cluster 192.168.92.81:/opt/mongodb/
rsync -avzp /opt/mongodb/cluster 192.168.92.82:/opt/mongodb/

在mongodb02节点更新配置文件绑定地址

grep -rl bindIp /opt/mongodb/cluster/ | xargs sed -i 's#bindIp: mongodb01#bindIp: mongodb02#g'

在mongodb03节点更新配置文件绑定地址

grep -rl bindIp /opt/mongodb/cluster/ | xargs sed -i 's#bindIp: mongodb01#bindIp: mongodb03#g'

验证更新成功

grep -rn "bindIp: mongodb0" /opt/mongodb/cluster/

启动并初始化configserver

连接3个节点执行以下命令分别启动configServer

mongod -f /opt/mongodb/cluster/config/mongod.conf

连接到第一个节点mongodb01

[root@mongodb01 ~]# mongo --host mongodb01 --port 27018

初始化configServer副本集

rs.initiate(
  {
    _id: "config",
    configsvr: true,
    members: [
      { _id : 0, host : "mongodb01:27018" },
      { _id : 1, host : "mongodb02:27018" },
      { _id : 2, host : "mongodb03:27018" }
    ]
  }
)

查看节点状态

rs.status()

启动并初始化shard分片

3个节点每个节点执行以下命令启动3个shard分片副本集

mongod -f /opt/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf
mongod -f /opt/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf
mongod -f /opt/mongodb/cluster/shard3/mongod.conf

连接到第一个shard分片并初始化

[root@mongodb01 ~]# mongo --host mongodb01 --port 27019


rs.initiate(
  {
    _id: "shard1",
    members: [
      { _id : 0, host : "mongodb01:27019" },
      { _id : 1, host : "mongodb02:27019" },
      { _id : 2, host : "mongodb03:27019" }
    ]
  }
)

连接到第二个shard分片并初始化

[root@mongodb01 ~]# mongo --host mongodb01 --port 27020


rs.initiate(
  {
    _id: "shard2",
    members: [
      { _id : 0, host : "mongodb01:27020" },
      { _id : 1, host : "mongodb02:27020" },
      { _id : 2, host : "mongodb03:27020" }
    ]
  }
)

连接到第三个shard分片并初始化

[root@mongodb01 ~]# mongo --host mongodb01 --port 27021


rs.initiate(
  {
    _id: "shard3",
    members: [
      { _id : 0, host : "mongodb01:27021" },
      { _id : 1, host : "mongodb02:27021" },
      { _id : 2, host : "mongodb03:27021" }
    ]
  }
)

查看各个分片副本集节点状态

rs.status()

启动并初始化mongos

3个节点启动mongos-router，注意启动时使用mongos命令而非mongod命令：

mongos -f /opt/mongodb/cluster/mongos/mongod.conf

连接到第一个mongos节点mongodb01并初始化

[root@mongodb01 ~]# mongo --host mongodb01 --port 27017

执行以下操作将3个分片副本集添加到集群：

sh.addShard( "shard1/mongodb01:27019,mongodb02:27019,mongodb03:27019")
sh.addShard( "shard2/mongodb01:27020,mongodb02:27020,mongodb03:27020")
sh.addShard( "shard3/mongodb01:27021,mongodb02:27021,mongodb03:27021")

查看mongos状态

sh.status()

查看当前节点运行的所有mongod进程：

[root@mongodb01 ~]# ps -ef | grep mongod | grep -v grep
root      37847      1  5 17:53 ?        00:01:43 mongod -f /opt/mongodb/cluster/config/mongod.conf
root      37993      1  3 18:01 ?        00:00:49 mongod -f /opt/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf
root      38036      1  3 18:01 ?        00:00:48 mongod -f /opt/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf
root      38079      1  3 18:01 ?        00:00:50 mongod -f /opt/mongodb/cluster/shard3/mongod.conf
root      38329      1  0 18:13 ?        00:00:06 mongos -f /opt/mongodb/cluster/mongos/mongod.conf

至此分片集群部署完成，接下来执行数据分片操作。

为数据库启用分片

在分片集合之前，必须为集合的数据库启用分片，连接任意一台mongos节点shell，以mongodb01节点为例。

mongo --host mongodb01 --port 27017

创建testdb数据库

use testdb;

为集合启用分片

为testdb数据库启用分片

sh.enableSharding("testdb")

为order集合设置分片规则

sh.shardCollection("testdb.order", {"_id": "hashed" })

插入1000条数据进行验证：

use testdb

for (i = 1; i <= 1000; i=i+1){
    db.order.insert({'price': 1})
}

查看插入的数据量

db.order.find().count()

访问3个分片查看数据量

[root@mongodb01 ~]# mongo --host mongodb01 --port 27019

shard1:PRIMARY> use testdb
switched to db testdb
shard1:PRIMARY> db.order.find().count()
336

[root@mongodb01 ~]# mongo --host mongodb01 --port 27020

shard2:PRIMARY> use testdb
switched to db testdb
shard2:PRIMARY> db.order.find().count()
326

[root@mongodb01 ~]# mongo --host mongodb01 --port 27021

shard3:PRIMARY> use testdb
switched to db testdb
shard3:PRIMARY> db.order.find().count()
338
# mongodb
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