mongodb分布式集群搭建手記

一、架構簡介

目標
單機搭建mongodb分布式集群(副本集 + 分片集群)，演示mongodb分布式集群的安裝部署、簡單操作。

說明
在同一個vm啟動由兩個分片組成的分布式集群，每個分片都是一個PSS(Primary-Secondary-Secondary)模式的數據副本集；
Config副本集采用PSS(Primary-Secondary-Secondary)模式。

二、配置說明

端口通訊
當前集群中存在shard、config、mongos共12個進程節點，端口矩陣編排如下：

編號	實例類型
1	mongos
2	mongos
3	mongos
4	config
5	config
6	config
7	shard1
8	shard1
9	shard1
10	shard2
11	shard2
12	shard2

內部鑒權
節點間鑒權采用keyfile方式實現鑒權，mongos與分片之間、副本集節點之間共享同一套keyfile文件。官方說明
賬戶設置
管理員賬戶：admin/Admin@01，具有集群及所有庫的管理權限
應用賬號：appuser/AppUser@01，具有appdb的owner權限

關于初始化權限
keyfile方式默認會開啟鑒權，而針對初始化安裝的場景，Mongodb提供了localhost-exception機制，
可以在首次安裝時通過本機創建用戶、角色，以及副本集初始操作。

三、準備工作

1. 下載安裝包

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. 部署目錄

解壓壓縮文件，將bin目錄拷貝到目標路徑/opt/local/mongo-cluster，參考以下命令：

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. 創建配置文件

cd /opt/local/mongo-cluster
mkdir conf

A. mongod 配置文件 mongo_node.conf
mongo_node.conf 作為mongod實例共享的配置文件，內容如下：

storage:engine: wiredTigerdirectoryPerDB: truejournal:enabled: true
systemLog:destination: filelogAppend: true
operationProfiling:slowOpThresholdMs: 10000
replication:oplogSizeMB: 10240
processManagement:fork: true
net:http:enabled: false
security:authorization: "enabled"

選項說明可參考這里

B. mongos 配置文件 mongos.conf

systemLog:destination: filelogAppend: true
processManagement:fork: true
net:http:enabled: false

4. 創建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 采用隨機算法生成，用作節點內部通訊的密鑰文件

5. 創建節點目錄

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/datamkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n1/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n2/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n3/datamkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n1/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n2/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n3/datamkdir -p $WORK_DIR/nodes/mongos/n1
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/mongos/n2
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/mongos/n3

以config 節點1 為例，nodes/config/n1/data是數據目錄，而pid文件、日志文件都存放于n1目錄
以mongos 節點1 為例，nodes/mongos/n1 存放了pid文件和日志文件

四、搭建集群

1. Config副本集

按以下腳本啟動3個Config實例

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

待成功啟動后，輸出日志如下：

about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 4976
child process started successfully, parent exiting

此時通過ps 命令也可以看到3個啟動的進程實例。

連接其中一個Config進程，執行副本集初始化

./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指明這是一個用于分片集群的Config副本集。
關于副本集配置可參考這里

2. 創建分片

按以下腳本啟動Shard1的3個實例

WORK_DIR=/opt/local/mongo-cluster
KEYFILE=$WORK_DIR/keyfile/mongo.key
CONFFILE=$WORK_DIR/conf/mongo_node.conf
MONGOD=$WORK_DIR/bin/mongodecho "start shard1 replicaset"$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

待成功啟動后，輸出日志如下：

about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 5976
child process started successfully, parent exiting

此時通過ps 命令也可以看到3個啟動的Shard進程實例。

連接其中一個Shard進程，執行副本集初始化

./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);

參考以上步驟，啟動Shard2的3個實例進程，并初始化副本集。

3. 啟動mongos路由

執行以下腳本啟動3個mongos進程

WORK_DIR=/opt/local/mongo-cluster
KEYFILE=$WORK_DIR/keyfile/mongo.key
CONFFILE=$WORK_DIR/conf/mongos.conf
MONGOS=$WORK_DIR/bin/mongosecho "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

待成功啟動后，通過ps命令看到mongos進程：

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

接入其中一個mongos實例，執行添加分片操作：

./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，分布式集群架構啟動完畢，但進一步操作需要先添加用戶。

4. 初始化用戶

接入其中一個mongos實例，添加管理員用戶

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'}
]})

當前admin用戶具有集群管理權限、所有數據庫的操作權限。
需要注意的是，在第一次創建用戶之后，localexception不再有效，接下來的所有操作要求先通過鑒權。

use admin
db.auth('admin','Admin@01')

檢查集群狀態

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

集群用戶
分片集群中的訪問都會通過mongos入口，而鑒權數據是存儲在config副本集中的，即config實例中system.users數據庫存儲了集群用戶及角色權限配置。mongos與shard實例則通過內部鑒權(keyfile機制)完成，因此shard實例上可以通過添加本地用戶以方便操作管理。在一個副本集上，只需要在Primary節點上添加用戶及權限，相關數據會自動同步到Secondary節點。
關于集群鑒權
在本案例中，我們為兩個分片副本集都添加了本地admin用戶。

通過mongostat工具可以顯示集群所有角色：

          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、數據操作

在案例中，創建appuser用戶、為數據庫實例appdb啟動分片。

use appdb
db.createUser({user:'appuser',pwd:'AppUser@01',roles:[{role:'dbOwner',db:'appdb'}]})
sh.enableSharding("appdb")

創建集合book，為其執行分片初始化。

use appdb
db.createCollection("book")
db.device.ensureIndex({createTime:1})
sh.shardCollection("appdb.book", {bookId:"hashed"}, false, { numInitialChunks: 4} )

繼續往device集合寫入1000W條記錄，觀察chunks的分布情況

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" : "RichardFoo@yahoo.com","gender" : "female"},"createTime" : new Date()});}cnt += dl.length;db.book.insertMany(dl);print("insert ", cnt);
}

執行db.book.getShardDistribution(),輸出如下：

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 : 24952Shard 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 : 25047Totals
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