一、Sharding分片技術
1、分片概述
當數據量比較大的時候，我們需要把數分片運行在不同的機器中，以降低CPU、內存和Io的壓力，Sharding就是數據庫分片技術。
MongoDB分片技術類似MySQL的水平切分和垂直切分，數據庫主要由倆種方式做Sharding：垂直擴展和橫向切分。
垂直擴展的方式就是進行集群擴展，添加更多的CPU，內存，磁盤空間等。
橫向切分則是通過數據分片的方式，通過集群統一提供服務：
二、MongoDB分片架構原理
（1）MongoDB的Sharding架構
其中，Router負責接受訪問，然后去config服務器中查詢元數據，將數據存儲信息返回給Router，Router服務器根據元數據的存儲信息在分片服務器上讀取或者寫入數據。
（2）MongoDB分片架構中的角色
a、數據分片（Shards）
用來保存數據，保證數據的高可用性和一致性。可以是一個單獨的mongod實例，也可以是一個副本集。在生產環境下Shard一般是一個Replica Set，以防止該數據片的單點故障。所有Shard中有一個PrimaryShard，里面包含未進行划分的數據集合：
b、查詢路由（Query Routers）
路由就是mongos的實例，客戶端直接連接mongos，由mongos把讀寫請求路由到指定的Shard上去。
一個Sharding集群，可以有一個mongos，也可以有多個mongos以減輕客戶端請求的壓力。
c、配置服務器（Config servers）
保存集群的元數據（metadata），包含各個Shard的路由規則。
Sharding分片技術（混合模式）高可用方案的架構圖如下：
1）Sharding分片技術（混合模式）高可用架構下MongoDB數據寫入流程
第一步：客戶端訪問路由服務器（Mongos），路由服務器接收到請求。
第二步：路由服務器將客戶端訪問配置服務器，配置服務器（Config）根據根據請求信息將數據信息寫入到元數據中。
第三步：配置服務器將根據自身記錄的元數據信息，指定數據存儲位置，並將元數據信息（數據存儲位置）返回給路由服務器。
第四步：路由服務器根據Config服務器返回的配置信息，將數據存儲到mongod中（數據存儲服務器）。存儲服務器對數據進行備份和分片存儲。
2）高可用集群下從MongoDB讀取數據流程
第一步：Mongos接受客戶端請求，根據並判斷請求是否合理（數據庫地址是否正確，連接數是否超過最大）
第二步：路由服務器與客戶端建立連接，並根據請求信息，去Config服務器中查詢元數據信息。
第三步：config服務器將數信息返回給路由服務器。
第四步： config服務器根據元數據信息（數據存儲位置），去MongoD服務器中，查詢數據。
第五步：數據服務器將數據查詢結果返回給路由服務器。
三、Sharding分片高可用方案搭建過程
1、MongoDB機器信息
| 192.168.86.131 | 192.168.86.132 | 192.168.86.133 |
| mongos | mongos | mongos |
| config server | config server | config server |
| shard server1 主節點 | shard server1 副節點 | shard server1 仲裁 |
| shard server2 仲裁 | shard server2 主節點 | shard server2 副節點 |
| shard server3 副節點 | shard server3 仲裁 | shard server3 主節點 |
2、端口分配
mongos：20000 config：21000 shard1：27001 shard2：27002 shard3：27003
3、下載並且安裝
wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-amazon-4.0.9.tgz tar -xzvf mongodb-linux-x86_64-amazon-4.0.9.tgz -C /usr/local/
4、建立軟連接並配置path信息
cd /usr/local/ ln -s /usr/local/mongodb-linux-x86_64-amazon-3.6.2 /usr/local/mongodb
進入到/etc/profile中配置MongoDB的全局變量信息
vi /etc/profile # MongoDB 環境變量內容 export MONGODB_HOME=/usr/local/mongodb export PATH=$MONGODB_HOME/bin:$PATH
生效環境變量
source /etc/profile
5、為服務器建立日志和數據目錄
分別在每台機器建立conf、mongos、config、shard1、shard2、shard3六個目錄，因為mongos不存儲數據，只需要建立日志文件目錄即可。
mkdir -p /usr/local/mongodb/conf \ mkdir -p /usr/local/mongodb/mongos/log \ mkdir -p /usr/local/mongodb/config/data \ mkdir -p /usr/local/mongodb/config/log \ mkdir -p /usr/local/mongodb/shard1/data \ mkdir -p /usr/local/mongodb/shard1/log \ mkdir -p /usr/local/mongodb/shard2/data \ mkdir -p /usr/local/mongodb/shard2/log \ mkdir -p /usr/local/mongodb/shard3/data \
6、config server配置服務器
mongodb3.4版本以后要求配置服務器也創建副本集，不然集群搭建不成功。
(三台機器)添加配置文件
vi /usr/local/mongodb/conf/config.conf ## 配置文件內容 pidfilepath = /usr/local/mongodb/config/log/configsrv.pid dbpath = /usr/local/mongodb/config/data logpath = /usr/local/mongodb/config/log/congigsrv.log logappend = true bind_ip = 0.0.0.0 port = 21000 fork = true #declare this is a config db of a cluster; configsvr = true #副本集名稱 replSet = configs #設置最大連接數 maxConns = 20000
啟動三台服務器的config server
mongod -f /usr/local/mongodb/conf/config.conf
登錄任意一台配置服務器，初始化配置副本集
連接 MongoDB
mongo --port 21000
配置config變量
config = {
_id : "configs",
members : [
{_id : 0, host : "192.168.86.131:21000" },
{_id : 1, host : "192.168.86.132:21000" },
{_id : 2, host : "192.168.86.133:21000" }
]
}
初始化副本集
rs.initiate(config)
響應內容如下
> config = {
... _id : "configs",
... members : [
... {_id : 0, host : "192.168.86.131:21000" },
... {_id : 1, host : "192.168.86.132:21000" },
... {_id : 2, host : "192.168.86.133:21000" }
... ]
... }
{
"_id" : "configs",
"members" : [
{
"_id" : 0,
"host" : "192.168.86.131:21000"
},
{
"_id" : 1,
"host" : "192.168.86.132:21000"
},
{
"_id" : 2,
"host" : "192.168.86.133:21000"
}
]
}
> rs.initiate(config);
{
"ok" : 1,
"operationTime" : Timestamp(1517369899, 1),
"$gleStats" : {
"lastOpTime" : Timestamp(1517369899, 1),
"electionId" : ObjectId("000000000000000000000000")
},
"$clusterTime" : {
"clusterTime" : Timestamp(1517369899, 1),
"signature" : {
"hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
"keyId" : NumberLong(0)
}
}
}
configs:SECONDARY>
此時會發現終端上的輸出已經有了變化。
//從單個一個 > //變成了 configs:SECONDARY>
查詢狀態
configs:SECONDARY> rs.status()
7、配置分片服務器
7.1設置第一個分片服務器
(三台機器)設置第一個分片副本集
配置文件
vi /usr/local/mongodb/conf/shard1.conf #配置文件內容 #——————————————– pidfilepath = /usr/local/mongodb/shard1/log/shard1.pid dbpath = /usr/local/mongodb/shard1/data logpath = /usr/local/mongodb/shard1/log/shard1.log logappend = true bind_ip = 0.0.0.0 port = 27001 fork = true #副本集名稱 replSet = shard1 #declare this is a shard db of a cluster; shardsvr = true #設置最大連接數 maxConns = 20000
啟動三台服務器的shard1 server
mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard1.conf登陸任意一台服務器，初始化副本集(除了192.168.86.133)，因為仲裁服務器沒有訪問權限，負責會初始化失敗。
連接 MongoDB
mongo --port 27001
使用admin數據庫
use admin
定義副本集配置
config = {
_id : "shard1",
members : [
{_id : 0, host : "192.168.86.131:27001" },
{_id : 1, host : "192.168.86.132:27001" },
{_id : 2, host : "192.168.86.133:27001" , arbiterOnly: true }
]
}
初始化副本集配置
rs.initiate(config)
響應內容如下
> use admin
switched to db admin
> config = {
... _id : "shard1",
... members : [
... {_id : 0, host : "192.168.86.131:27001" },
... {_id : 1, host : "192.168.86.132:27001" },
... {_id : 2, host : "192.168.86.133:27001" , arbiterOnly: true }
... ]
... }
{
"_id" : "shard1",
"members" : [
{
"_id" : 0,
"host" : "192.168.86.131:27001"
},
{
"_id" : 1,
"host" : "192.168.86.132:27001"
},
{
"_id" : 2,
"host" : "192.168.86.133:27001",
"arbiterOnly" : true
}
]
}
> rs.initiate(config)
{ "ok" : 1 }
此時會發現終端上的輸出已經有了變化。
//從單個一個 > //變成了 shard1:SECONDARY>
查詢狀態
shard1:SECONDARY> rs.status()
7.2設置第二和第三個分片服務器
第二、第三個服務器配置過程同上，只需將配置文件中的服務器名稱改為shard2、shard3，將端口改為27002,27003即可，仲裁服務器分別選擇第二個和第三個。
8、配置路由服務器 mongos
8.1 配置並初始化
（三台機器）先啟動配置服務器和分片服務器,后啟動路由實例啟動路由實例:
vi /usr/local/mongodb/conf/mongos.conf #內容 pidfilepath = /usr/local/mongodb/mongos/log/mongos.pid logpath = /usr/local/mongodb/mongos/log/mongos.log logappend = true bind_ip = 0.0.0.0 port = 20000 fork = true #監聽的配置服務器,只能有1個或者3個 configs為配置服務器的副本集名字 configdb = configs/192.168.86.131:21000,192.168.86.132:21000,192.168.86.133:21000 #設置最大連接數 maxConns = 20000
啟動三台服務器的mongos server
mongos -f /usr/local/mongodb/conf/mongos.conf8.2 串聯路由服務器
目前搭建了mongodb配置服務器、路由服務器，各個分片服務器，不過應用程序連接到mongos路由服務器並不能使用分片機制，還需要在程序里設置分片配置，讓分片生效。
登陸任意一台mongos
mongo --port 20000
使用admin數據庫
use admin串聯路由服務器與分配副本集
sh.addShard("shard1/192.168.86.131:27001,192.168.86.132:27001,192.168.86.123:27001");
sh.addShard("shard2/192.168.86.131:27002,192.168.86.132:27002,192.168.86.133:27002");
sh.addShard("shard3/192.168.86.131:27003,192.168.86.132:27003,192.168.86.133:27003");
查看集群狀態
sh.status()
響應內容如下
mongos> sh.status()
--- Sharding Status ---
sharding version: {
"_id" : 1,
"minCompatibleVersion" : 5,
"currentVersion" : 6,
"clusterId" : ObjectId("5a713a37d56e076f3eb47acf")
}
shards:
{ "_id" : "shard1", "host" : "shard1/192.168.86.131:27001,192.168.86.132:27001", "state" : 1 }
{ "_id" : "shard2", "host" : "shard2/192.168.86.132:27002,192.168.86.133:27002", "state" : 1 }
{ "_id" : "shard3", "host" : "shard3/192.168.86.131:27003,192.168.86.133:27003", "state" : 1 }
active mongoses:
"4.0.9" : 3
autosplit:
Currently enabled: yes
balancer:
Currently enabled: yes
Currently running: no
Failed balancer rounds in last 5 attempts: 0
Migration Results for the last 24 hours:
No recent migrations
databases:
{ "_id" : "config", "primary" : "config", "partitioned" : true }
mongos>
四、啟用集合分片
目前配置服務、路由服務、分片服務、副本集服務都已經串聯起來了，但我們的目的是希望插入數據，數據能夠自動分片。連接在mongos上，准備讓指定的數據庫、指定的集合分片生效。
登陸任意一台mongos
mongo --port 20000使用admin數據庫
use admin指定testdb分片生效，如下圖：
db.runCommand( { enablesharding :"testdb"});
或
mongos> sh.enablesharding("testdb")
指定數據庫里需要分片的集合和片鍵，哈希id分片（注意：分片的字段數據應該是變化的，不然分片不成功），如下圖：
db.runCommand( { shardCollection : "testdb.table1",key : {"name": "hashed"} } );
或
mongos> sh.shardCollection("testdb.table1", {"name": "hashed"})
通過命令查看mongodb路由服務器上的shards集合會有數據展示，如下圖：
通過命令查看mongodb路由服務器上的chunks集合會有數據展示，如下圖
測試分片配置結果
切換到 testdb 數據庫
use testdb;
for(i=1;i<=100000;i++){db.table3.insert({"id":i,"name":"penglei"})};
總條數
db.table1.aggregate([{$group : {_id : "$name", totle : {$sum : 1}}}])
查看分片情況如下
結論數據基本均勻
