mongodb副本集（主从同步、读写分离和高可用性）部署

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相关链接：mongodb分片集群(Sharding Cluster)配置搭建


mongodb的主从同步和读写分离是通过副本集（replica set）来实现的，其本身也自带高可用功能，当主节点挂了，其它从节点会通过选票机制进行选举出主节点，以实现高可用性

原理图：


Mongodb官方推荐使用副本集模式，如下图所示，该模式不但实现了主从模式的读写分离，而且有自己的一套选举机制，选举出当前最优的节点作为主节点，一旦主节点宕机，选举出来的新的节点将成为主节点对外提供服务，其他节点则继续作为复制节点，当原先的主节点恢复，会自动作为备份节点。


而我们今天不设置Arbiter节点，我们按照如下图所示来部署：


Mongodb集群触发选举的条件：

1.复制集初始化。

2.主节点挂掉。

3.主节点脱离副本集（可能是网络原因）。

4.参与选举的节点数量必须大于副本集总节点数量的一半，如果已经小于一半了所有节点保持只读状态。

（IDC）

mongodb的选举机制探究总结：

1、副本集中的主节点选举必须满足“大多数”的原则，所谓“大多数”是指副本中一半以上的成员。副本集中成员只有在得到大多数成员投票支持时，才能成为主节点。例如：有N个副本集成员节点，必须有N/2+1个成员投票支持某个节点，此节点才能成为主节点。注意：副本集中若有成员节点处于不可用状态，并不会影响副本集中的“大多数”，“大多数”是以副本集的配置来计算的。

2、仲裁节点（Arbiter）它并不保存数据，并且不能被选举为主节点，但是具有投票权。仲裁节点使用最小的资源，不能将Arbiter部署在同一个数据集节点中。

3、副本集中最好是有奇数个成员节点，如果有偶数个节点，最好加一个仲裁节点。若副本集中有偶数个成员节点，如图（IDC）所示，IDC1网络连不通IDC2，IDC1和IDC2内的成员节点分别会发生选举主节点的行为，然而选举因都无法满足大多数的原则，都不能选出主节点；加入一个仲裁节点之后，则副本集就能满足大多数原则，从中选出主节点了。

4.如果副本集成员节点数量是奇数，就不再需要仲裁者。但是如果在成员节点是奇数时，强行使用仲裁者，会导致选举耗时变长。由于添加了仲裁者就可能出现两个成员节点票数相同的情况，从而导致选举耗时变长。

5.若在一轮投票中，副本集中成员节点被投了反对票，则本轮不能被选为主节点。例如，在一个10个成员节点的副本集，某轮投票中，成员节点A由于数据延迟较大被某个成员节点投了反对票，则A同时收到了9票赞成票，然而A仍然不能被选为主节点。

6.集群中的优先级为0的节点不能成为主节点，并且不能触发选举，但是具有投票权，并且拥有与主节点一致的数据集。


环境：（本文用mongodb2.6.5测试）
172.31.225.243（centos7.3） 作为primary节点
172.31.225.244（centos7.3） 作为secondary节点
172.31.225.246（centos6.7） 作为secondary节点

mongodb编译好的二进制文件下载：http://downloads.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-2.6.5.tgz

下面在三台服务器上执行如下操作：
配置mongodb环境变量，使其命令全局生效

1、wget http://downloads.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-2.6.5.tgz
2、tar xf mongodb-linux-x86_64-2.6.5.tgz -C /usr/local/
3、cd /usr/local
4、ln -sv mongodb-linux-x86_64-2.6.5 mongo
5、vim /etc/profile.d/mongo.sh
export MONGOD_HOME=/usr/local/mongo
export PATH=$MONGOD_HOME/bin:$PATH
6、. /etc/profile.d/mongo.sh

编辑配置文件：

vim /etc/mongod.conf

dbpath=/mongodb/data/

logpath=/var/log/mongodb/mongodb.log

pidfilepath=/var/run/mongo.pid

fork=true

logappend=true

directoryperdb=true

httpinterface=true

replSet=testSet

replIndexPrefetch=_id_only

编辑启动脚本：

vim /etc/init.d/mongod

#!/bin/sh

# chkconfig: - 64 36

# description:mongod

case $1 in

start)

/usr/local/mongo/bin/mongod --maxConns 20000 --config /etc/mongod.conf

;;

stop)

/usr/local/mongo/bin/mongo 127.0.0.1:27017/admin --eval "db.shutdownServer()"

#/usr/local/mongo/bin/mongo 127.0.0.1:27017/admin --eval "db.auth('system', '123456');db.shutdownServer()"

;;

restart)

/usr/local/mongo/bin/mongo 127.0.0.1:27017/admin --eval "db.shutdownServer()"

/usr/local/mongo/bin/mongod --maxConns 20000 --config /etc/mongod.conf

#/usr/local/mongo/bin/mongo 127.0.0.1:27017/admin --eval "db.auth('system', '123456');db.shutdownServer()"

;;

status)

/usr/local/mongo/bin/mongo 127.0.0.1:27017/admin --eval "db.stats()"

#/usr/local/mongo/bin/mongo 127.0.0.1:27017/admin --eval "db.auth('system', '123456');db.stats()"

;;

esac

chmod +x /etc/init.d/mongod

最后创建相关目录和用户以及用户组，即日志保存目录和数据保存目录

mkdir /mongdb/data -pv
mkdir /var/log/mongodb
groupadd mongod
useradd -g mongod mongod
chown -R mongod:mongod /mongodb/data
chown -R mongod:mongod /var/log/mongodb

启动三台主机mongod服务
service mongod start

公共部分操作至此结束

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在172.31.225.243节点上操作
查询副本集的配置和状态，如下图：


可知：副本集相关节点还没有配置，所以显示null，以及图中提示我们："info" : "run rs.initiate(...) if not yet done for the set"，即配置副本集之前，我们需要初始化：rs.initiate()

初始化之后，查询副本集配置


当前节点只有一个副本集，即自己；其次初始化过后，自己成为了primary主节点，因为现在只有一个节点，所以默认为primary

添加副本集其它节点：


我们可以看到172.31.225.244节点已经被添加进去了，以及172.31.225.244此时的状态是STARTUP2，再过几秒时间，就会变成SECONDARY，也就是变成了从节点

我们再次执行rs.status()


再次添加节点172.31.225.246




从图中可以看到，配置中多出来一些参数：
"lastHeartbeat" : ISODate("2019-10-25T10:31:45Z"),
"lastHeartbeatRecv" : ISODate("2019-10-25T10:31:46Z"),
"pingMs" : 1,
"syncingTo" : "node1.cnblackhat.com:27017"

从节点向主节点的请求的ping，即心跳信息，还有数据同步源：syncingTo

至此副本集配置就完成了

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主从同步测试：
在主节点上添加测试数据


数据插入成功

在从节点172.31.225.246上查询数据


默认查询不了数据，报错：error: { "$err" : "not master and slaveOk=false", "code" : 13435 }需要设置rs.slaveOk()，就可以进行查询操作了

数据已经同步过来了，数据同步成功

另外一个172.31.225.244节点，你们自己去查询操作一下，这里就不演示了

主从同步至此就结束了

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读写分离测试：
首先我们在主节点172.31.225.243上进行写操作：


由此可知：主节点默认是允许写操作的，也允许读操作

接着在从节点172.31.225.246上进行写操作


有报错："errmsg" : "not master"，即当前节点不是主节点，所以不能执行写操作

由此可知：从节点默认是不允许写操作的，可以进行读操作（前提需设置rs.slaveOk()）

读写分离操作至此结束

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高可用性测试：
在测试高可用性之前，我们先分析一下“副本集重新选举的影响条件”
1、心跳信息
2、优先级
3、optime （rs.printReplicationInfo()查询optime）
4、网络连接
5、网络分区

原理图：


这里我们通过设置优先级高低来选举主节点，前提：其它影响因素都一致的情况下

那么我们该如何设置优先级呢，操作如下：（这里我们有意选举172.31.225.246为主节点，设置优先级要高于其它两节点）
注意：设置优先级操作，需要在primary主节点进行操作，在从节点上操作无效

操作如图：


设置172.31.225.243 priority为1
设置172.31.225.244 priority为1
设置172.31.225.246 priority为2

可知当我们设置172.31.225.246优先级为2的时候，172.31.225.243这台机器自动变为SECONDARY从节点了

查看副本集配置：


可以看到172.31.225.246节点里面多一个priority字段，其它两个节点我们也设置priority，但是没有出现该字段，原因是默认级别就是1，所以不显示

我们在到172.31.225.246这个节点上看一下是否为primary主节点了，如图：


上图我们使用rs.isMaster()，结果显示"ismaster" : true，说明主节点已经转到此节点了



正式测试高可用性：
我们可以在主节点上使用rs.stepDown()，临时性的下线；或者直接使用service mongod stop，关闭mongod服务
这里我们使用rs.stepDown()


执行操作后，立刻变成SECONGARY从节点了

查看副本集配置：


可以看到主节点变成172.31.225.244了

到172.31.225.244节点上验证是否为主节点：


高可用性至此结束