MongoDB的分片集群基本配置教程

更新時間：2016年07月04日 18:29:16 作者：HackerVirus

MongoDB擁有經(jīng)典的Sharding架構(gòu)能將數(shù)據(jù)分散存儲在數(shù)個服務(wù)器上以作集群,這里我們就來看一下MongoDB的分片集群基本配置教程:

為何要分片
1.減少單機(jī)請求數(shù)，降低單機(jī)負(fù)載，提高總負(fù)載
2.減少單機(jī)的存儲空間，提高總存空間。

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常見的mongodb sharding 服務(wù)器架構(gòu)

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要構(gòu)建一個 MongoDB Sharding Cluster，需要三種角色：
1.Shard Server
即存儲實(shí)際數(shù)據(jù)的分片，每個Shard可以是一個mongod實(shí)例，也可以是一組mongod實(shí)例構(gòu)成的Replication Set。為了實(shí)現(xiàn)每個Shard內(nèi)部的auto-failover(自動故障切換)，MongoDB官方建議每個Shard為一組Replica Set。
2.Config Server
為了將一個特定的collection存儲在多個shard中，需要為該collection指定一個shard key(片鍵)，例如{age: 1} ，shard key可以決定該條記錄屬于哪個chunk(分片是以chunk為單位,后續(xù)會介紹)。Config Servers就是用來存儲：所有shard節(jié)點(diǎn)的配置信息、每個chunk的shard key范圍、chunk在各shard的分布情況、該集群中所有DB和collection的sharding配置信息。
3.Route Process
這是一個前端路由，客戶端由此接入，然后詢問Config Servers需要到哪個Shard上查詢或保存記錄，再連接相應(yīng)的Shard進(jìn)行操作，最后將結(jié)果返回給客戶端?？蛻舳酥恍枰獙⒃景l(fā)給mongod的查詢或更新請求原封不動地發(fā)給Routing Process，而不必關(guān)心所操作的記錄存儲在哪個Shard上。（所有操作在mongos上操作即可）

配置分片服務(wù)器
下面我們在同一臺物理機(jī)器上構(gòu)建一個簡單的 Sharding Cluster：

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Shard Server 1：27017
Shard Server 2：27018
Config Server ：27027
Route Process：40000

1.步驟一: 啟動Shard Server

mkdir -p ./data/shard/s0 ./data/shard/s1 #創(chuàng)建數(shù)據(jù)目錄
mkdir -p ./data/shard/log # 創(chuàng)建日志目錄
./bin/mongod --port 27017 --dbpath /usr/local/mongodb/data/shard/s0 --fork --logpath /usr/local/mongodb/data/shard/log/s0.log # 啟動Shard Server實(shí)例1
./bin/mongod --port 27018 --dbpath /usr/local/mongodb/data/shard/s1 --fork --logpath /usr/local/mongodb/data/shard/log/s1.log # 啟動Shard Server實(shí)例2

步2.驟二: 啟動Config Server

mkdir -p ./data/shard/config #創(chuàng)建數(shù)據(jù)目錄
./bin/mongod --port 27027 --dbpath /usr/local/mongodb/data/shard/config --fork --logpath /usr/local/mongodb/data/shard/log/config.log #啟動Config Server實(shí)例

注意，這里我們完全可以像啟動普通mongodb服務(wù)一樣啟動，不需要添加—shardsvr和configsvr參數(shù)。因?yàn)檫@兩個參數(shù)的作用就是改變啟動端口的，所以我們自行指定了端口就可以
3.步驟三: 啟動Route Process
./bin/mongos --port 4000 --configdb localhost:27027 --fork --logpath /usr/local/mongodb/data/shard/log/route.log --chunkSize=1 # 啟動Route Server實(shí)例mongos啟動參數(shù)中，chunkSize這一項(xiàng)是用來指定chunk的大小的，單位是MB，默認(rèn)大小為200MB，為了方便測試Sharding效果，我們把chunkSize指定為 1MB。意思是當(dāng)這個分片中插入的數(shù)據(jù)大于1M時開始進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移
4.步驟四: 配置Sharding

# 我們使用MongoDB Shell登錄到mongos，添加Shard節(jié)點(diǎn)
./bin/mongo admin --port 40000 #此操作需要連接admin庫
> db.runCommand({ addshard:"localhost:27017" }) #添加 Shard Server 或者用 sh.addshard()命令來添加,下同;
{ "shardAdded" : "shard0000", "ok" : 1 }
> db.runCommand({ addshard:"localhost:27018" })
{ "shardAdded" : "shard0001", "ok" : 1 }
> db.runCommand({ enablesharding:"test" }) #設(shè)置分片存儲的數(shù)據(jù)庫
{ "ok" : 1 }
> db.runCommand({ shardcollection: "test.users", key: { id:1 }}) # 設(shè)置分片的集合名稱。且必須指定Shard Key，系統(tǒng)會自動創(chuàng)建索引，然后根據(jù)這個shard Key來計(jì)算
{ "collectionsharded" : "test.users", "ok" : 1 }
 > sh.status(); #查看片的狀態(tài)
 > printShardingStatus(db.getSisterDB("config"),1); # 查看片狀態(tài)(完整版);
 > db.stats(); # 查看所有的分片服務(wù)器狀態(tài)

注意這里我們要注意片鍵的選擇，選擇片鍵時需要根據(jù)具體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)形態(tài)來選擇，切不可隨意選擇，實(shí)際中尤其不要輕易選擇自增_id作為片鍵，除非你很清楚你這么做的目的，具體原因我不在此分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推薦一種較合理的片鍵方式，“自增字段+查詢字段”，沒錯，片鍵可以是多個字段的組合。
另外這里說明一點(diǎn)，分片的機(jī)制：mongodb不是從單篇文檔的級別,絕對平均的散落在各個片上, 而是N篇文檔,形成一個塊"chunk",優(yōu)先放在某個片上, 當(dāng)這片上的chunk,比另一個片的chunk區(qū)別比較大時(>=3) ,會把本片上的chunk,移到另一個片上, 以chunk為單位,維護(hù)片之間的數(shù)據(jù)均衡。
也就是說，一開始插入數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)是只插入到其中一塊分片上的，插入完畢后，mongodb內(nèi)部開始在各片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的移動，這個過程可能不是立即的，mongodb足夠智能會根據(jù)當(dāng)前負(fù)載決定是立即進(jìn)行移動還是稍后移動。
在插入數(shù)據(jù)后，立馬執(zhí)行db.users.stats();兩次可以驗(yàn)證如上所說。
這種分片機(jī)制,節(jié)省了人工維護(hù)成本,但是由于其是優(yōu)先往某個片上插入,等到chunk失衡時,再移動chunk,并且隨著數(shù)據(jù)的增多,shard的實(shí)例之間,有chunk來回移動的現(xiàn)象,這將會為服務(wù)器帶來很大的IO開銷,解決這種開銷的方法,就是手動預(yù)先分片;

手動預(yù)先分片
以shop.user表為例：

sh.shardCollection(‘shop.user',{userid:1}); # user表用userid做shard key
for(var i=1;i<=40;i++) { sh.splitAt('shop.user',{userid:i*1000}) } # 預(yù)先在1K 2K...40K這樣的界限切好chunk(雖然chunk是空的), 這些chunk將會均勻移動到各片上.

通過mongos添加user數(shù)據(jù). 數(shù)據(jù)會添加到預(yù)先分配好的chunk上, chunk就不會來回移動了.

repliction set and shard
一般mongoDB如果真的到了分片的級別后,那片服務(wù)器避無可免的要用到復(fù)制集,部署的基本思路同上,只需要注意兩點(diǎn):
sh.addShard( host ) server:port OR setname/server:port # 如果是復(fù)制集的片服務(wù)器,我們應(yīng)該復(fù)制集的名稱寫在前面比如
sh.addShard('ras/192.168.42.168:27017'); # 27017也就是復(fù)制集中的primary
另外在啟動本機(jī)的mongod服務(wù)的時候,最好把ip也給寫進(jìn)去,否則有可能會有不可預(yù)知的錯誤。

查看分片配置的方法：

1.列舉使用分片的數(shù)據(jù)庫
為了列舉使用分片的數(shù)據(jù)庫，需要查詢Config數(shù)據(jù)庫。如果partitioned域值為true，則這個庫使用了分片技術(shù)。
連接一個mongos實(shí)例，運(yùn)行命令獲取使用分片功能的數(shù)據(jù)庫：

use config
db.databases.find( { "partitioned" : true} )

例如：使用以下命令返回集群中的所有數(shù)據(jù)庫

use config
db.databases.find()

如果返回結(jié)果：

{ "_id" : "admin", "partitioned" : false, "primary" : "config" }
{ "_id" : "mydb", "partitioned" : true, "primary" : "firstset" }
{ "_id" : "test", "partitioned" : false, "primary" : "secondset" }

顯示只有mydb使用了分片。

2.列舉所有的分片
為了列舉當(dāng)前集合的所有分片，使用listShards命令：

use admin
db.runCommand( { listShards : 1 })

返回結(jié)果：

{
    "shards" : [
        {
            "_id" : "firstset",
            "host" : "firstset/mongo01:10001,mongo01:10002,mongo01:10003"
        },
        {
            "_id" : "secondset",
            "host" : "secondset/mongo01:30001,mongo01:30002,mongo01:30003"
        }
    ],
    "ok" : 1
}

3.查看集群的詳細(xì)信息
為了查看集群的詳細(xì)信息，可以使用db.printShardingStatus()或者sh.status()。所有的方法返回同樣的結(jié)果。
例如，使用

sh.status()

查看信息：

--- Sharding Status --- 
 sharding version: {
    "_id" : 1,
    "version" : 4,
    "minCompatibleVersion" : 4,
    "currentVersion" : 5,
    "clusterId" : ObjectId("535a2dab0063b308757e1b70")
}
 shards:
    { "_id" : "firstset", "host" : "firstset/mongo01:10001,mongo01:10002,mongo01:10003" }
    { "_id" : "secondset", "host" : "secondset/mongo01:30001,mongo01:30002,mongo01:30003" }
 databases:
    { "_id" : "admin", "partitioned" : false, "primary" : "config" }
    { "_id" : "mydb", "partitioned" : true, "primary" : "firstset" }
        mydb.test_collection
            shard key: { "name" : 1 }
            chunks:
                secondset    6
                firstset    6
            { "name" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "cat" } on : secondset Timestamp(2, 0) 
            { "name" : "cat" } -->> { "name" : "cow" } on : secondset Timestamp(3, 0) 
            { "name" : "cow" } -->> { "name" : "dog" } on : secondset Timestamp(4, 0) 
            { "name" : "dog" } -->> { "name" : "dragon" } on : secondset Timestamp(5, 0) 
            { "name" : "dragon" } -->> { "name" : "elephant" } on : secondset Timestamp(6, 0) 
            { "name" : "elephant" } -->> { "name" : "horse" } on : secondset Timestamp(7, 0) 
            { "name" : "horse" } -->> { "name" : "lion" } on : firstset Timestamp(7, 1) 
            { "name" : "lion" } -->> { "name" : "pig" } on : firstset Timestamp(1, 7) 
            { "name" : "pig" } -->> { "name" : "rabbit" } on : firstset Timestamp(1, 8) 
            { "name" : "rabbit" } -->> { "name" : "snake" } on : firstset Timestamp(1, 9) 
            { "name" : "snake" } -->> { "name" : "tiger" } on : firstset Timestamp(1, 10) 
            { "name" : "tiger" } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 } } on : firstset Timestamp(1, 11) 
    { "_id" : "test", "partitioned" : false, "primary" : "secondset" }

（1）sharding version展示了分片元數(shù)據(jù)的版本號。
（2）shards展示了在集群中被作為分片的mongod實(shí)例。
（3）databases展示了集群中所有的數(shù)據(jù)庫，包括沒有使用分片功能的庫。
（4）chunks信息展示了mydb庫的每個分片上有多少個塊和每個塊的范圍。

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