mongodb分布式集群搭建手记

一、架构简介

目标
单机搭建mongodb分布式集群(副本集 + 分片集群)，演示mongodb分布式集群的安装部署、简单操作。

说明
在同一个vm启动由两个分片组成的分布式集群，每个分片都是一个PSS(Primary-Secondary-Secondary)模式的数据副本集；
Config副本集采用PSS(Primary-Secondary-Secondary)模式。

二、配置说明

端口通讯
当前集群中存在shard、config、mongos共12个进程节点，端口矩阵编排如下：

编号	实例类型
1	mongos
2	mongos
3	mongos
4	config
5	config
6	config
7	shard1
8	shard1
9	shard1
10	shard2
11	shard2
12	shard2

内部鉴权
节点间鉴权采用keyfile方式实现鉴权，mongos与分片之间、副本集节点之间共享同一套keyfile文件。官方说明
账户设置
管理员账户：admin/Admin@01，具有集群及所有库的管理权限
应用账号：appuser/AppUser@01，具有appdb的owner权限

关于初始化权限
keyfile方式默认会开启鉴权，而针对初始化安装的场景，Mongodb提供了localhost-exception机制，
可以在首次安装时通过本机创建用户、角色，以及副本集初始操作。

三、准备工作

1. 下载安装包

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. 部署目录

解压压缩文件，将bin目录拷贝到目标路径/opt/local/mongo-cluster，参考以下命令：

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. 创建配置文件

cd /opt/local/mongo-cluster
mkdir conf

A. mongod 配置文件 mongo_node.conf
mongo_node.conf 作为mongod实例共享的配置文件，内容如下：

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"

选项说明可参考这里

B. mongos 配置文件 mongos.conf

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

4. 创建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 采用随机算法生成，用作节点内部通讯的密钥文件

5. 创建节点目录

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 节点1 为例，nodes/config/n1/data是数据目录，而pid文件、日志文件都存放于n1目录
以mongos 节点1 为例，nodes/mongos/n1 存放了pid文件和日志文件

四、搭建集群

1. Config副本集

按以下脚本启动3个Config实例

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

待成功启动后，输出日志如下：

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

此时通过ps 命令也可以看到3个启动的进程实例。

连接其中一个Config进程，执行副本集初始化

./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指明这是一个用于分片集群的Config副本集。
关于副本集配置可参考这里

2. 创建分片

按以下脚本启动Shard1的3个实例

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

待成功启动后，输出日志如下：

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

此时通过ps 命令也可以看到3个启动的Shard进程实例。

连接其中一个Shard进程，执行副本集初始化

./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);

参考以上步骤，启动Shard2的3个实例进程，并初始化副本集。

3. 启动mongos路由

执行以下脚本启动3个mongos进程

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

待成功启动后，通过ps命令看到mongos进程：

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

接入其中一个mongos实例，执行添加分片操作：

./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，分布式集群架构启动完毕，但进一步操作需要先添加用户。

4. 初始化用户

接入其中一个mongos实例，添加管理员用户

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'}
]})

当前admin用户具有集群管理权限、所有数据库的操作权限。
需要注意的是，在第一次创建用户之后，localexception不再有效，接下来的所有操作要求先通过鉴权。

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

检查集群状态

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

集群用户
分片集群中的访问都会通过mongos入口，而鉴权数据是存储在config副本集中的，即config实例中system.users数据库存储了集群用户及角色权限配置。mongos与shard实例则通过内部鉴权(keyfile机制)完成，因此shard实例上可以通过添加本地用户以方便操作管理。在一个副本集上，只需要在Primary节点上添加用户及权限，相关数据会自动同步到Secondary节点。
关于集群鉴权
在本案例中，我们为两个分片副本集都添加了本地admin用户。

通过mongostat工具可以显示集群所有角色：

          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、数据操作

在案例中，创建appuser用户、为数据库实例appdb启动分片。

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

创建集合book，为其执行分片初始化。

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

继续往device集合写入1000W条记录，观察chunks的分布情况

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);
}

执行db.book.getShardDistribution(),输出如下：

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