摘要： 一、架构简介 目标 单机搭建mongodb分布式集群(副本集 + 分片集群)，演示mongodb分布式集群的安装部署、简单操作。 说明 在同一个vm启动由两个分片组成的分布式集群，每个分片都是一个PSS(Primary-Secondary-Secondary)模式的数据副本集； Config副本集采用PSS(Primary-Secondary-Secondary)模式。
一、架构简介
目标
单机搭建mongodb分布式集群(副本集 + 分片集群)，演示mongodb分布式集群的安装部署、简单操作。
说明
在同一个vm启动由两个分片组成的分布式集群，每个分片都是一个PSS(Primary-Secondary-Secondary)模式的数据副本集；
Config副本集采用PSS(Primary-Secondary-Secondary)模式。
二、配置说明
端口通讯
当前集群中存在shard、config、mongos共12个进程节点，端口矩阵编排如下：
编号 实例类型
1 mongos
2 mongos
3 mongos
4 config
5 config
6 config
7 shard1
8 shard1
9 shard1
10 shard2
11 shard2
12 shard2
内部鉴权
节点间鉴权采用keyfile方式实现鉴权，mongos与分片之间、副本集节点之间共享同一套keyfile文件。 官方说明
账户设置
管理员账户：admin/Admin@01，具有集群及所有库的管理权限
应用账号：appuser/AppUser@01，具有appdb的owner权限
关于初始化权限
keyfile方式默认会开启鉴权，而针对初始化安装的场景，Mongodb提供了localhost-exception机制，
可以在首次安装时通过本机创建用户、角色，以及副本集初始操作。
三、准备工作
1. 下载安装包
官方地址：https://www.mongodb.com/download-center
wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.6.3.tgz
2. 部署目录
解压压缩文件，将bin目录拷贝到目标路径/opt/local/mongo-cluster，参考以下命令：
tar -xzvf mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.6.3.tgz
mkdir -p /opt/local/mongo-cluster
cp -r mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.6.3/bin /opt/local/mongo-cluster
3. 创建配置文件
cd /opt/local/mongo-cluster
mkdir conf
A. mongod 配置文件 mongo_node.conf
mongo_node.conf 作为mongod实例共享的配置文件，内容如下：
storage:
engine: wiredTiger
directoryPerDB: true
journal:
enabled: true
systemLog:
destination: file
logAppend: true
operationProfiling:
slowOpThresholdMs: 10000
replication:
oplogSizeMB: 10240
processManagement:
fork: true
net:
http:
enabled: false
security:
authorization: "enabled"
选项说明可参考这里
B. mongos 配置文件 mongos.conf
systemLog:
destination: file
logAppend: true
processManagement:
fork: true
net:
http:
enabled: false
4. 创建keyfile文件
cd /opt/local/mongo-cluster
mkdir keyfile
openssl rand -base64 756 > mongo.key
chmod 400 mongo.key
mv mongo.key keyfile
mongo.key 采用随机算法生成，用作节点内部通讯的密钥文件
5. 创建节点目录
WORK_DIR=/opt/local/mongo-cluster
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/config/n1/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/config/n2/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/config/n3/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n1/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n2/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n3/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n1/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n2/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n3/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/mongos/n1
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/mongos/n2
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/mongos/n3
以config 节点1 为例，nodes/config/n1/data是数据目录，而pid文件、日志文件都存放于n1目录
以mongos 节点1 为例，nodes/mongos/n1 存放了pid文件和日志文件
四、搭建集群
1. Config副本集
按以下脚本启动3个Config实例
WORK_DIR=/opt/local/mongo-cluster
KEYFILE=$WORK_DIR/keyfile/mongo.key
CONFFILE=$WORK_DIR/conf/mongo_node.conf
MONGOD=$WORK_DIR/bin/mongod
$MONGOD --port 26001 --configsvr --replSet configReplSet --keyFile $KEYFILE --dbpath $WORK_DIR/nodes/config/n1/data --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/config/n1/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/config/n1/db.log --config $CONFFILE
$MONGOD --port 26002 --configsvr --replSet configReplSet --keyFile $KEYFILE --dbpath $WORK_DIR/nodes/config/n2/data --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/config/n2/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/config/n2/db.log --config $CONFFILE
$MONGOD --port 26003 --configsvr --replSet configReplSet --keyFile $KEYFILE --dbpath $WORK_DIR/nodes/config/n3/data --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/config/n3/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/config/n3/db.log --config $CONFFILE
待成功启动后，输出日志如下：
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 4976
child process started successfully, parent exiting
此时通过ps 命令也可以看到3个启动的进程实例。
连接其中一个Config进程，执行副本集初始化
./bin/mongo --port 26001 --host 127.0.0.1
> MongoDB server version: 3.4.7
> cfg={
_id:"configReplSet",
configsvr: true,
members:[
{_id:0, host:'127.0.0.1:26001'},
{_id:1, host:'127.0.0.1:26002'},
{_id:2, host:'127.0.0.1:26003'}
]};
rs.initiate(cfg);
其中configsvr:true指明这是一个用于分片集群的Config副本集。
关于副本集配置可参考这里
2. 创建分片
按以下脚本启动Shard1的3个实例
WORK_DIR=/opt/local/mongo-cluster
KEYFILE=$WORK_DIR/keyfile/mongo.key
CONFFILE=$WORK_DIR/conf/mongo_node.conf
MONGOD=$WORK_DIR/bin/mongod
echo "start shard1 replicaset"
$MONGOD --port 27001 --shardsvr --replSet shard1 --keyFile $KEYFILE --dbpath $WORK_DIR/nodes/shard1/n1/data --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/shard1/n1/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/shard1/n1/db.log --config $CONFFILE
$MONGOD --port 27002 --shardsvr --replSet shard1 --keyFile $KEYFILE --dbpath $WORK_DIR/nodes/shard1/n2/data --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/shard1/n2/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/shard1/n2/db.log --config $CONFFILE
$MONGOD --port 27003 --shardsvr --replSet shard1 --keyFile $KEYFILE --dbpath $WORK_DIR/nodes/shard1/n3/data --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/shard1/n3/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/shard1/n3/db.log --config $CONFFILE
待成功启动后，输出日志如下：
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 5976
child process started successfully, parent exiting
此时通过ps 命令也可以看到3个启动的Shard进程实例。
连接其中一个Shard进程，执行副本集初始化
./bin/mongo --port 27001 --host 127.0.0.1
> MongoDB server version: 3.4.7
> cfg={
_id:"shard1",
members:[
{_id:0, host:'127.0.0.1:27001'},
{_id:1, host:'127.0.0.1:27002'},
{_id:2, host:'127.0.0.1:27003'}
]};
rs.initiate(cfg);
参考以上步骤，启动Shard2的3个实例进程，并初始化副本集。
3. 启动mongos路由
执行以下脚本启动3个mongos进程
WORK_DIR=/opt/local/mongo-cluster
KEYFILE=$WORK_DIR/keyfile/mongo.key
CONFFILE=$WORK_DIR/conf/mongos.conf
MONGOS=$WORK_DIR/bin/mongos
echo "start mongos instances"
$MONGOS --port=25001 --configdb configReplSet/127.0.0.1:26001,127.0.0.1:26002,127.0.0.1:26003 --keyFile $KEYFILE --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/mongos/n1/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/mongos/n1/db.log --config $CONFFILE
$MONGOS --port 25002 --configdb configReplSet/127.0.0.1:26001,127.0.0.1:26002,127.0.0.1:26003 --keyFile $KEYFILE --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/mongos/n2/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/mongos/n2/db.log --config $CONFFILE
$MONGOS --port 25003 --configdb configReplSet/127.0.0.1:26001,127.0.0.1:26002,127.0.0.1:26003 --keyFile $KEYFILE --pidfilepath $WORK_DIR/nodes/mongos/n3/db.pid --logpath $WORK_DIR/nodes/mongos/n3/db.log --config $CONFFILE
待成功启动后，通过ps命令看到mongos进程：
dbuser 7903 1 0 17:49 ? 00:00:00 /opt/local/mongo-cluster/bin/mongos --port=25001 --configdb configReplSet/127.0.0.1:26001,127.0.0.1:26002,127.0.0.1:26003 --keyFile /opt/local/mongo-cluster/keyfile/mongo.key --pidfilepath /opt/local/mongo-cluster/nodes/mongos/n1/db.pid --logpath /opt/local/mongo-cluster/nodes/mongos/n1/db.log --config /opt/local/mongo-cluster/conf/mongos.conf
dbuser 7928 1 0 17:49 ? 00:00:00 /opt/local/mongo-cluster/bin/mongos --port 25002 --configdb configReplSet/127.0.0.1:26001,127.0.0.1:26002,127.0.0.1:26003 --keyFile /opt/local/mongo-cluster/keyfile/mongo.key --pidfilepath /opt/local/mongo-cluster/nodes/mongos/n2/db.pid --logpath /opt/local/mongo-cluster/nodes/mongos/n2/db.log --config /opt/local/mongo-cluster/conf/mongos.conf
dbuser 7954 1 0 17:49 ? 00:00:00 /opt/local/mongo-cluster/bin/mongos --port 25003 --configdb configReplSet/127.0.0.1:26001,127.0.0.1:26002,127.0.0.1:26003 --keyFile /opt/local/mongo-cluster/keyfile/mongo.key --pidfilepath /opt/local/mongo-cluster/nodes/mongos/n3/db.pid --logpath /opt/local/mongo-cluster/nodes/mongos/n3/db.log --config /opt/local/mongo-cluster/conf/mongos.conf
接入其中一个mongos实例，执行添加分片操作：
./bin/mongo --port 25001 --host 127.0.0.1
mongos> MongoDB server version: 3.4.7
mongos> sh.addShard("shard1/127.0.0.1:27001")
{ "shardAdded" : "shard1", "ok" : 1 }
mongos> sh.addShard("shard2/127.0.0.1:27004")
{ "shardAdded" : "shard2", "ok" : 1 }
至此，分布式集群架构启动完毕，但进一步操作需要先添加用户。
4. 初始化用户
接入其中一个mongos实例，添加管理员用户
use admin
db.createUser({
user:'admin',pwd:'Admin@01',
roles:[
{role:'clusterAdmin',db:'admin'},
{role:'userAdminAnyDatabase',db:'admin'},
{role:'dbAdminAnyDatabase',db:'admin'},
{role:'readWriteAnyDatabase',db:'admin'}
]})
当前admin用户具有集群管理权限、所有数据库的操作权限。
需要注意的是，在第一次创建用户之后，localexception不再有效，接下来的所有操作要求先通过鉴权。
use admin
db.auth('admin','Admin@01')
检查集群状态
mongos> sh.status()
--- Sharding Status ---
sharding version: {
"_id" : 1,
"minCompatibleVersion" : 5,
"currentVersion" : 6,
"clusterId" : ObjectId("5aa39c3e915210dc501a1dc8")
}
shards:
{ "_id" : "shard1", "host" : "shard1/127.0.0.1:27001,127.0.0.1:27002,127.0.0.1:27003", "state" : 1 }
{ "_id" : "shard2", "host" : "shard2/127.0.0.1:27004,127.0.0.1:27005,127.0.0.1:27006", "state" : 1 }
active mongoses:
"3.4.7" : 3
autosplit:
Currently enabled: yes
集群用户
分片集群中的访问都会通过mongos入口，而鉴权数据是存储在config副本集中的，即config实例中system.users数据库存储了集群用户及角色权限配置。mongos与shard实例则通过内部鉴权(keyfile机制)完成，因此shard实例上可以通过添加本地用户以方便操作管理。在一个副本集上，只需要在Primary节点上添加用户及权限，相关数据会自动同步到Secondary节点。
关于集群鉴权https://docs.mongodb.com/manual/core/security-users/?spm=a2c4e.11153940.blogcont617224.15.77552d7eSApnpI#sharded-cluster-users
在本案例中，我们为两个分片副本集都添加了本地admin用户。
通过mongostat工具可以显示集群所有角色：
host insert query update delete getmore command dirty used flushes mapped vsize res faults qrw arw net_in net_out conn set repl time
127.0.0.1:27001 *0 *0 *0 *0 0 6|0 0.1% 0.1% 0 1.49G 44.0M n/a 0|0 0|0 429b 56.1k 25 shard1 PRI Mar 10 19:05:13.928
127.0.0.1:27002 *0 *0 *0 *0 0 7|0 0.1% 0.1% 0 1.43G 43.0M n/a 0|0 0|0 605b 55.9k 15 shard1 SEC Mar 10 19:05:13.942
127.0.0.1:27003 *0 *0 *0 *0 0 7|0 0.1% 0.1% 0 1.43G 43.0M n/a 0|0 0|0 605b 55.9k 15 shard1 SEC Mar 10 19:05:13.946
127.0.0.1:27004 *0 *0 *0 *0 0 6|0 0.1% 0.1% 0 1.48G 43.0M n/a 0|0 0|0 546b 55.8k 18 shard2 PRI Mar 10 19:05:13.939
127.0.0.1:27005 *0 *0 *0 *0 0 6|0 0.1% 0.1% 0 1.43G 42.0M n/a 0|0 0|0 540b 54.9k 15 shard2 SEC Mar 10 19:05:13.944
127.0.0.1:27006 *0 *0 *0 *0 0 6|0 0.1% 0.1% 0 1.46G 44.0M n/a 0|0 0|0 540b 54.9k 17 shard2 SEC Mar 10 19:05:13.936
五、数据操作
在案例中，创建appuser用户、为数据库实例appdb启动分片。
use appdb
db.createUser({user:'appuser',pwd:'AppUser@01',roles:[{role:'dbOwner',db:'appdb'}]})
sh.enableSharding("appdb")
创建集合book，为其执行分片初始化。
use appdb
db.createCollection("book")
db.device.ensureIndex({createTime:1})
sh.shardCollection("appdb.book", {bookId:"hashed"}, false, { numInitialChunks: 4} )
继续往device集合写入1000W条记录，观察chunks的分布情况
use appdb
var cnt = 0;
for(var i=0; i<1000; i++){
var dl = [];
for(var j=0; j<100; j++){
dl.push({
"bookId" : "BBK-" + i + "-" + j,
"type" : "Revision",
"version" : "IricSoneVB0001",
"title" : "Jackson's Life",
"subCount" : 10,
"location" : "China CN Shenzhen Futian District",
"author" : {
"name" : 50,
"email" : "[email protected]",
"gender" : "female"
},
"createTime" : new Date()
});
}
cnt += dl.length;
db.book.insertMany(dl);
print("insert ", cnt);
}
执行db.book.getShardDistribution(),输出如下：
Shard shard1 at shard1/127.0.0.1:27001,127.0.0.1:27002,127.0.0.1:27003
data : 13.41MiB docs : 49905 chunks : 2
estimated data per chunk : 6.7MiB
estimated docs per chunk : 24952
Shard shard2 at shard2/127.0.0.1:27004,127.0.0.1:27005,127.0.0.1:27006
data : 13.46MiB docs : 50095 chunks : 2
estimated data per chunk : 6.73MiB
estimated docs per chunk : 25047
Totals
data : 26.87MiB docs : 100000 chunks : 4
Shard shard1 contains 49.9% data, 49.9% docs in cluster, avg obj size on shard : 281B
Shard shard2 contains 50.09% data, 50.09% docs in cluster, avg obj size on shard : 281B
六、总结
Mongodb集群架构由Mongos、Config副本集和多个分片组成；
安装过程中先初始化Config副本集、分片副本集，最后通过Mongos添加分片
Config副本集存储了集群访问的用户及角色权限，为了方便管理，可以给分片副本集添加本地用户
Mongodb提供了LocalException机制，首次安装数据库时可以在本机直接添加用户
