MongoDB简介
MongoDB 是一个基于分布式文件存储的数据库。由 C 语言编写，旨在为 WEB 应用提供可扩展的高性能数据存储解决方案。 MongoDB 是一个介于关系数据库和非关系数据库之间的产品，是非关系数据库当中功能最丰富，最像关系数据库的。
在搭建集群之前，需要首先了解几个概念：路由，分片、副本集、配置服务器等。
相关概念
先来看一张图：
从图中可以看到有四个组件：mongos、config server、shard、replica set。
mongos，数据库集群请求的入口，所有的请求都通过mongos进行协调，不需要在应用程序添加一个路由选择器，mongos自己就是一个请求分发中心，它负责把对应的数据请求请求转发到对应的shard服务器上。在生产环境通常有多mongos作为请求的入口，防止其中一个挂掉所有的mongodb请求都没有办法操作。
config server，顾名思义为配置服务器，存储所有数据库元信息（路由、分片）的配置。mongos本身没有物理存储分片服务器和数据路由信息，只是缓存在内存里，配置服务器则实际存储这些数据。mongos第一次启动或者关掉重启就会从 config server 加载配置信息，以后如果配置服务器信息变化会通知到所有的 mongos 更新自己的状态，这样 mongos 就能继续准确路由。在生产环境通常有多个 config server 配置服务器，因为它存储了分片路由的元数据，防止数据丢失！
shard，分片（sharding）是指将数据库拆分，将其分散在不同的机器上的过程。将数据分散到不同的机器上，不需要功能强大的服务器就可以存储更多的数据和处理更大的负载。基本思想就是将集合切成小块，这些块分散到若干片里，每个片只负责总数据的一部分，最后通过一个均衡器来对各个分片进行均衡（数据迁移）。
replica set，中文翻译副本集，其实就是shard的备份，防止shard挂掉之后数据丢失。复制提供了数据的冗余备份，并在多个服务器上存储数据副本，提高了数据的可用性， 并可以保证数据的安全性。
仲裁者（Arbiter），是复制集中的一个MongoDB实例，它并不保存数据。仲裁节点使用最小的资源并且不要求硬件设备，不能将Arbiter部署在同一个数据集节点中，可以部署在其他应用服务器或者监视服务器中，也可部署在单独的虚拟机中。为了确保复制集中有奇数的投票成员（包括primary），需要添加仲裁节点做为投票，否则primary不能运行时不会自动切换primary。
简单了解之后，我们可以这样总结一下，应用请求mongos来操作mongodb的增删改查，配置服务器存储数据库元信息，并且和mongos做同步，数据最终存入在shard（分片）上，为了防止数据丢失同步在副本集中存储了一份，仲裁在数据存储到分片的时候决定存储到哪个节点。
mongodb的集群搭建方式主要有三种，主从模式，Replica set模式，sharding模式, 三种模式各有优劣，适用于不同的场合，属Replica set应用最为广泛，主从模式现在用的较少，sharding模式最为完备，但配置维护较为复杂。本文我们来看下Replica Set模式的搭建方法。
Mongodb的Replica Set即副本集方式主要有两个目的，一个是数据冗余做故障恢复使用，当发生硬件故障或者其它原因造成的宕机时，可以使用副本进行恢复。另一个是做读写分离，读的请求分流到副本上，减轻主（Primary）的读压力。
Replica Set是mongod的实例集合，它们有着同样的数据内容。包含三类角色：
1）主节点（Primary）
接收所有的写请求，然后把修改同步到所有Secondary。一个Replica Set只能有一个Primary节点，当Primary挂掉后，其他Secondary或者Arbiter节点会重新选举出来一个主节点。默认读请求也是发到Primary节点处理的，需要转发到Secondary需要客户端修改一下连接配置。
2）副本节点（Secondary）
与主节点保持同样的数据集。当主节点挂掉的时候，参与选主。
3）仲裁者（Arbiter）
不保有数据，不参与选主，只进行选主投票。使用Arbiter可以减轻数据存储的硬件需求，Arbiter跑起来几乎没什么大的硬件资源需求，但重要的一点是，在生产环境下它和其他数据节点不要部署在同一台机器上。
注意，一个自动failover的Replica Set节点数必须为奇数，目的是选主投票的时候要有一个大多数才能进行选主决策。
4）选主过程
其中Secondary宕机，不受影响，若Primary宕机，会进行重新选主：
#使用Arbiter搭建Replica Set
偶数个数据节点，加一个Arbiter构成的Replica Set方式：
MongoDB分片集群搭建
系统环境：CentOS 7.4
1、服务器规划
服务器：172.18.137.156 | 服务器：172.18.137.157 | 服务器：172.18.137.151 |
|---|---|---|
mongos | mongos | mongos |
config server | config server | config server |
shard server1 主节点 | shard server1 副节点 | shard server1 仲裁 |
shard server2 仲裁 | shard server2 主节点 | shard server2 副节点 |
shard server3 副节点 | shard server3 仲裁 | shard server3 主节 |
2、端口分配
mongos： 20000
config： 21000
shard1： 27001
shard2： 27002
shard3： 27003
3、安装包准备
版本：3.4.16
下载地址：https://mirrors.yangxingzhen.com/mongodb/mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.4.16.tgz
4、安装步骤
1）下载安装包
[root@localhost ~]# wget -c https://mirrors.yangxingzhen.com/mongodb/mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.4.16.tgz
2）解压并更改名称
#解压
[root@localhost ~]# tar zxf mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.4.16.tgz
#重命名
[root@localhost ~]# mv mongodb-linux-x86_64-rhel70-3.4.16 /usr/local/mongodb
3）分别在每台机器建立conf、mongos、config、shard1、shard2、shard3六个目录，因为mongos不存储数据，只需要建立日志文件目录即可
[root@localhost ~]# mkdir -p /usr/local/mongodb/conf
[root@localhost ~]# mkdir -p /usr/local/mongodb/mongos/log
[root@localhost ~]# mkdir -p /usr/local/mongodb/config/{data,log}
[root@localhost ~]# mkdir -p /usr/local/mongodb/shard1/{data,log}
[root@localhost ~]# mkdir -p /usr/local/mongodb/shard2/{data,log}
[root@localhost ~]# mkdir -p /usr/local/mongodb/shard3/{data,log}
4）配置环境变量
[root@localhost ~]# vim /etc/profile
#配置内容如下
代码语言：javascript复制export PATH=/usr/local/mongodb/bin:$PATH#执行source /etc/profile使其生效
[root@localhost ~]# source /etc/profile
5、config server配置服务器（3台机器需配置）
[root@localhost ~]# vim /usr/local/mongodb/conf/config.conf
#配置文件内容
代码语言：javascript复制pidfilepath = /usr/local/mongodb/config/log/config.piddbpath = /usr/local/mongodb/config/datalogpath = /usr/local/mongodb/config/log/config.loglogappend = truebind_ip = 0.0.0.0port = 21000fork = true#declare this is a config db of a cluster;configsvr = true#副本集名称replSet = configs#设置最大连接数maxConns = 20000#启动三台服务器的config server服务
[root@localhost ~]# mongod -f /usr/local/mongodb/conf/config.conf
#登录任意一台配置服务器，初始化配置副本集（IP和端口根据实际情况更改）
#连接Config Server服务
[root@localhost ~]# mongo --port 21000
#config变量
> config = {
... _id : "configs",
... members : [
... {_id : 0, host : "172.18.137.156:21000" },
... {_id : 1, host : "172.18.137.157:21000" },
... {_id : 2, host : "172.18.137.151:21000" }
... ]
... }
#初始化副本集
> rs.initiate(config)
6、配置分片副本集
设置第一个分片副本集（3台机器需配置）
[root@localhost ~]# vim /usr/local/mongodb/conf/shard1.conf
#配置文件内容
代码语言：javascript复制pidfilepath = /usr/local/mongodb/shard1/log/shard1.piddbpath = /usr/local/mongodb/shard1/datalogpath = /usr/local/mongodb/shard1/log/shard1.loglogappend = truebind_ip = 0.0.0.0port = 27001fork = true#打开web监控httpinterface = truerest=true#副本集名称replSet = shard1#declare this is a shard db of a cluster;shardsvr = true#设置最大连接数maxConns = 20000#启动三台服务器的shard1 server服务
[root@localhost ~]# mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard1.conf
#登陆任意一台服务器，初始化副本集
[root@localhost ~]# mongo --port 27001
#使用admin数据库
> use admin
#定义副本集配置，第三个节点的 "arbiterOnly":true 代表其为仲裁节点。（需在非仲裁节点机器执行）
> config = {
... _id : "shard1",
... members : [
... {_id : 0, host : "172.18.137.156:27001" },
... {_id : 1, host : "172.18.137.157:27001" },
... {_id : 2, host : "172.18.137.151:27001" , arbiterOnly: true }
... ]
... }
#初始化副本集配置
mongos> rs.initiate(config)
1）设置第二个分片副本集（3台机器需配置）
[root@localhost ~]# vim /usr/local/mongodb/conf/shard2.conf
#配置文件内容
代码语言：javascript复制pidfilepath = /usr/local/mongodb/shard2/log/shard2.piddbpath = /usr/local/mongodb/shard2/datalogpath = /usr/local/mongodb/shard2/log/shard2.loglogappend = truebind_ip = 0.0.0.0port = 27002fork = true#打开web监控httpinterface = truerest = true#副本集名称replSet = shard2#declare this is a shard db of a cluster;shardsvr = true#设置最大连接数maxConns = 20000#启动三台服务器的shard2 server 服务
[root@localhost ~]# mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard2.conf
#登陆任意一台服务器，初始化副本集
[root@localhost ~]# mongo --port 27002
#使用admin数据库
> use admin
#定义副本集配置，第一个节点的 "arbiterOnly":true 代表其为仲裁节点。（需在非仲裁节点机器执行）
> config = {
... _id : "shard2",
... members : [
... {_id : 0, host : "172.18.137.156:27002" , arbiterOnly: true },
... {_id : 1, host : "172.18.137.157:27002" },
... {_id : 2, host : "172.18.137.151:27002" }
... ]
... }
#初始化副本集配置
> rs.initiate(config)
2）设置第三个分片副本集（3台机器需执行）
[root@localhost ~]# vim /usr/local/mongodb/conf/shard3.conf
#配置文件内容
代码语言：javascript复制pidfilepath = /usr/local/mongodb/shard3/log/shard3.piddbpath = /usr/local/mongodb/shard3/datalogpath = /usr/local/mongodb/shard3/log/shard3.loglogappend = truebind_ip = 0.0.0.0port = 27003fork = true#打开web监控httpinterface = truerest = true#副本集名称replSet = shard3#declare this is a shard db of a cluster;shardsvr = true#设置最大连接数maxConns = 20000#启动三台服务器的shard3 server服务
[root@localhost ~]# mongod -f /usr/local/mongodb/conf/shard3.conf
#登陆任意一台服务器，初始化副本集
[root@localhost ~]# mongo --port 27003
#使用admin数据库
> use admin
#定义副本集配置，第二个节点的 "arbiterOnly":true 代表其为仲裁节点。（需在非仲裁节点机器执行）
> config = {
... _id : "shard3",
... members : [
... {_id : 0, host : "172.18.137.156:27003" },
... {_id : 1, host : "172.18.137.157:27003" , arbiterOnly: true},
... {_id : 2, host : "172.18.137.151:27003" }
... ]
... }
#初始化副本集配置
> rs.initiate(config)
7、配置路由服务器 mongos服务（三台机器需配置）
[root@localhost ~]# vim /usr/local/mongodb/conf/mongos.conf
#配置内容如下
代码语言：javascript复制pidfilepath = /usr/local/mongodb/mongos/log/mongos.pidlogpath = /usr/local/mongodb/mongos/log/mongos.loglogappend = truebind_ip = 0.0.0.0port = 20000fork = true#监听的配置服务器,只能有1个或者3个 configs为配置服务器的副本集名字configdb = configs/172.18.137.156:21000,172.18.137.157:21000,172.18.137.151:21000#设置最大连接数maxConns = 20000#启动三台服务器的mongos server服务
[root@localhost ~]# mongos -f /usr/local/mongodb/conf/mongos.conf
8、启用分片（其中IP根据实际情况更改）
#登陆任意一台mongos
[root@localhost ~]# mongo --port 20000
#使用admin数据库
mongos> use admin
#串联路由服务器与分配副本集
mongos> sh.addShard("shard1/172.18.137.156:27001,172.18.137.157:27001,172.18.137.151:27001")
mongos> sh.addShard("shard2/172.18.137.156:27002,172.18.137.157:27002,172.18.137.151:27002")
mongos> sh.addShard("shard3/172.18.137.156:27003,172.18.137.157:27003,172.18.137.151:27003")
#查看集群状态
mongos> sh.status()
9、配置分片
设置test的 table1 表需要分片，根据 id 自动分片到 shard1 ，shard2，shard3 上面去
#指定test分片生效
[root@localhost ~]# mongo --port 20000
mongos> use admin
mongos> db.runCommand({enablesharding :"test"})
#指定数据库里需要分片的集合和片键（先不开启，后期需要开启）
mongos> db.runCommand({shardcollection : "test.table1",key : {_id: 1}})
mongos> db.runCommand({shardcollection : "test.driverPoint",key : {_id: 1}})
测试分片配置结果
[root@localhost ~]# mongo --port 20000
#使用test
mongos> use test
#插入测试数据
mongos> for (var i = 1; i <= 100; i ) db.table1.save({id:i,"test1":"testval1"})
#查看分片情况如下，部分无关信息省掉了
mongos> db.table1.stats()
{
"sharded" : true,
"ns" : "test.table1",
"count" : 100,
"numExtents" : 13,
"size" : 5600,
"storageSize" : 22372352,
"totalIndexSize" : 6213760,
"indexSizes" : {
"_id_" : 3335808,
"id_1" : 2877952
},
"avgObjSize" : 56,
"nindexes" : 2,
"nchunks" : 3,
"shards" : {
"shard1" : {
"ns" : "test.table1",
"count" : 45,
"size" :2311,
...
"ok" : 1
},
"shard2" : {
"ns" : "test.table1",
"count" : 27,
"size" : 1180,
...
"ok" : 1
},
"shard3" : {
"ns" : "test.table1",
"count" :28,
"size" : 1219,
...
"ok" : 1
}
},
"ok" : 1
}
可以看到数据分到3个分片，各自分片数量为： shard1 "count" : 45，shard2 "count" : 27，shard3 "count" : 28。已经成功了！
服务器启动顺序：先启动配置服务器和分片服务器,后启动路由实例启动路由实例:（三台机器）
