MongoDB学习笔记(五) 集群搭建之副本集
常见的 MongoDB 集群有三种，分别是主从复制、副本集和分片，这篇文章将会对副本集进行简单的介绍
开始先说一下，这篇文章用到的所有代码都是经过本地测试的，博主用于测试的操作系统为 CentOS 7
好，下面正式开始！
1、介绍
之前讲到，主从复制集群利用从节点对主节点的数据进行备份，在主节点发生故障后可以手动恢复数据
但是这里有一个问题，那就是每次当主节点发生故障后，都需要暂停服务并且手动转移数据
不仅十分麻烦，而且暂停服务所带来的损失更是无法估量的，副本集就是为了解决这个问题而出现了
在一个副本集（Replica Set）中，包含多个数据承载节点（Data Bearing）和仲裁节点（Arbiter）
数据承载节点又可以细分为主节点（Primary）和从节点（Secondary），它们各自的描述如下：
- 主节点：有且仅有一个，默认情况下对客户端提供所有的增删改查服务
- 从节点：备份主节点数据，可提供查询服务，在主节点挂掉后投票选择一个从节点作为主节点继续提供服务
- 仲裁节点：不储存数据，不提供服务，仅参与投票，在主节点挂掉后投票选择一个从节点作为主节点
副本集的特征如下：
- 写操作仅在主节点上，并同步到从节点以保证数据的一致性
- 读操作既可以在主节点上，也可以在从节点上，在一定程度上可以减轻主节点的负担
- 当主节点挂掉后，会选举一个从节点作为主节点继续提供服务，因此无需进行停机维护
同步机制
副本集中的同步机制有两种，一种是全量同步，一种是增量同步
全量同步：从节点同步主节点的所有数据，当从节点加入或从节点未同步的数据量超过一定阈值时触发
增量同步：从节点定期同步主节点新修改的数据
自动故障转移机制
副本集的各个节点通过心跳信息检测各自的健康状况
当主节点发生故障时，投票选择一个从节点作为新的主节点，继续提供服务
选举机制
副本集中的选举机制使用的是 Bully 算法，Bully 算法的核心思想如下：
当从节点 A 发现主节点挂掉后，它就会发起选举，发送选举消息给其它节点，然后等待这些节点的回复
假设从节点 B 收到这个消息，并且发现自己的优先级比从节点 A 要大，那么从节点 A 就会退出选举
从节点 B 继续给其它节点发送选举消息，等待这些节点的回复，直到有一个节点能够获得大多数节点的赞同
此时，这个节点向所有节点宣布自己成为新的主节点，然后其它节点更新信息，结束选举过程
注意要进行选举有一个前提条件，那就是参与选举的节点数量必须大于副本集总节点数量的一半
2、搭建
下面是一个简单的模拟，一个主节点，一个从节点，一个仲裁节点
（1）下载 MongoDB
> su
> cd /root
> mkdir mongodb-replica-set-cluster
> cd mongodb-replica-set-cluster
> mkdir mongodb
> cd mongodb
> wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-3.2.7.tgz
> tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-3.2.7.tgz
> cd ..
（2）创建三个文件夹，分别模拟主节点、从节点和仲裁节点
> mkdir primary # 主节点
> touch ./primary/mongodb.conf
> mkdir ./primary/log
> mkdir -p ./primary/data/db
> mkdir secondary # 从节点
> touch ./secondary/mongodb.conf
> mkdir ./secondary/log
> mkdir -p ./secondary/data/db
> mkdir arbiter # 仲裁节点
> touch ./arbiter/mongodb.conf
> mkdir ./arbiter/log
> mkdir -p ./arbiter/data/db
创建完成之后，目录结构如下
+ mongodb-replica-set-cluster
+ mongodb
+ mongodb-linux-x86_64-3.2.7.tgz
+ mongodb-linux-x86_64-3.2.7
+ primary
+ log
+ data
+ db
+ mongodb.conf
+ secondary
+ log
+ data
+ db
+ mongodb.conf
+ arbiter
+ log
+ data
+ db
+ mongodb.conf
（3）写配置文件
# primary/mongodb.conf 文件内容
# 数据文件的存放位置
dbpath = /root/mongodb-replica-set-cluster/primary/data/db
# 日志文件的存放位置
logpath = /root/mongodb-replica-set-cluster/primary/log/mongodb.log
# 监听的端口，默认为 27017
port = 27001
# 以守护进程的方式运行 MongoDB
fork = true
# 设置 replSet 名称
replSet = repl
# secondary/mongodb.conf 文件内容
# 数据文件的存放位置
dbpath = /root/mongodb-replica-set-cluster/secondary/data/db
# 日志文件的存放位置
logpath = /root/mongodb-replica-set-cluster/secondary/log/mongodb.log
# 监听的端口，默认为 27017
port = 27002
# 以守护进程的方式运行 MongoDB
fork = true
# 设置 replSet 名称
replSet = repl
# arbiter/mongodb.conf 文件内容
# 数据文件的存放位置
dbpath = /root/mongodb-replica-set-cluster/arbiter/data/db
# 日志文件的存放位置
logpath = /root/mongodb-replica-set-cluster/arbiter/log/mongodb.log
# 监听的端口，默认为 27017
port = 27003
# 以守护进程的方式运行 MongoDB
fork = true
# 设置 replSet 名称
replSet = repl
（4）分别开启三个数据库
> cd /root/mongodb-replica-set-cluster/mongodb/mongodb-linux-x86_64-3.2.7/bin/
> ./mongod -f /root/mongodb-replica-set-cluster/primary/mongodb.conf
> ./mongod -f /root/mongodb-replica-set-cluster/secondary/mongodb.conf
> ./mongod -f /root/mongodb-replica-set-cluster/arbiter/mongodb.conf
之后，应该可以看到有三个 MongoDB 进程正在运行
> ps aux | grep mongo
（5）连接到任意一个节点，初始化节点之间的关系
> cd /root/mongodb-replica-set-cluster/mongodb/mongodb-linux-x86_64-3.2.7/bin/
> ./mongo mongodb://127.0.0.1:27001/admin
> rs.initiate({
"_id": "repl",
"members": [ // 添加数据承载节点
{
"_id": 1,
"host": "127.0.0.1:27001"
},
{
"_id": 2,
"host": "127.0.0.1:27002"
}
]
})
// { "ok" : 1 }
repl:OTHER> rs.addArb("127.0.0.1:27003") // 添加仲裁节点
// { "ok" : 1 }
repl:PRIMARY> rs.status() // 在设置成功后，应该可以看到具体的配置信息
3、测试副本集
打开新的终端，连接到主数据库，插入一条数据（可写），之后对其进行查询（可读）
> cd /root/mongodb-replica-set-cluster/mongodb/mongodb-linux-x86_64-3.2.7/bin/
> ./mongo mongodb://127.0.0.1:27001/admin
PRIMARY> db.user.insert({'username': 'Alice', 'password': '123456'}) // 插入数据（可写）
// WriteResult({ "nInserted" : 1 })
PRIMARY> db.user.find() // 查询数据（可读）
// { "username" : "Alice", "password" : "123456" }
打开另外一个终端，连接到从节点，查询在主数据库插入的数据（可读），之后尝试插入一条新的数据（不可写）
> cd /root/mongodb-replica-set-cluster/mongodb/mongodb-linux-x86_64-3.2.7/bin/
> ./mongo mongodb://127.0.0.1:27002/admin
SECONDARY> rs.slaveOk() // 在查询之前需要先设置从节点状态
SECONDARY> db.user.find() // 查询数据（可读）
// { "username" : "Alice", "password" : "123456" }
SECONDARY> db.user.insert({'username': 'Bob', 'password': 'abc'}) // 插入数据（不可写）
// WriteResult({ "writeError" : { "code" : 10107, "errmsg" : "not master" } })
好，接下来新开一个终端，手动关闭主节点，模拟主节点挂掉的情况
> cd /root/mongodb-replica-set-cluster/mongodb/mongodb-linux-x86_64-3.2.7/bin/
> ./mongod --shutdown --dbpath /root/mongodb-replica-set-cluster/primary/data/db
然后在连接着 127.0.0.1:27002 的终端里查看当前副本集的状态
SECONDARY> rs.status()
并且可以看到该节点已经成为主节点（注意此时命令行头已经发生改变），可以在里面插入和查询数据
PRIMARY> db.user.insert({'username': 'Bob', 'password': 'abc'}) // 插入数据（可写）
// WriteResult({ "nInserted" : 1 })
PRIMARY> db.user.find() // 查询数据（可读）
// { "username" : "Alice", "password" : "123456" }
// {'username': 'Bob', 'password': 'abc'}
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