mongodb是最常用的nosql数据库，在数据库排名中已经上升到了前六。这篇文章介绍如何搭建高可用的mongodb（分片+副本）集群。

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

从图中可以看到有四个组件：mongos、config server、shard、replica set。

1.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。

2.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！

3.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）。

4.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。

5.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），需要添加仲裁节点作为投票，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。

环境准备

系统系统 Ubuntu 18.04.1 LTS 三台服务器：10.20.71.135/10.20.73.182/10.20.70.61 安装包：mongodb-org-server_4.0.6_amd64.deb

服务器规划

端口分配：

mongos：20000
config：21000
shard1：27017
shard2：27017
shard3：27017

集群搭建

1. mongodb源配置

sudo apt-key adv --keyserver hkp://keyserver.ubuntu.com:80 --recv 9DA31620334BD75D9DCB49F368818C72E52529D4
echo "deb [ arch=amd64 ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu bionic/mongodb-org/4.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-4.0.list
sudo apt-get update
会安装对应源的mongo所有依赖包,此处不执行
# sudo apt-get install -y mongodb-org
echo "mongodb-org hold" | sudo dpkg --set-selections
echo "mongodb-org-server hold" | sudo dpkg --set-selections
echo "mongodb-org-shell hold" | sudo dpkg --set-selections
echo "mongodb-org-mongos hold" | sudo dpkg --set-selections
echo "mongodb-org-tools hold" | sudo dpkg --set-selections


# 安装依赖
apt install -y  mongodb-org-mongos mongodb-org-shell mongodb-org-tools

参考

2. mongodb安装

wget https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu/dists/bionic/mongodb-org/4.0/multiverse/binary-amd64/mongodb-org-server_4.0.6_amd64.deb
dpkg -i mongodb-org-server_4.0.6_amd64.deb

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。

mkdir -p /usr/local/mongodb/conf
mkdir -p /usr/local/mongodb/mongos/log
mkdir -p /usr/local/mongodb/configsvr/{data,log}
mkdir -p /usr/local/mongodb/shard1/{date,log}
mkdir -p /usr/local/mongodb/shard2/{data,log}
mkdir -p /usr/local/mongodb/shard3/{data,log}

准备集群间通信使用的加密key

创建mongod、mongos之间通信所使用的key文件，在任意一台服务器上执行：

openssl rand -base64 756 > /etc/mongodb/conf/key
chmod 400 /data/mongodb/conf/key
# 将/data/mongodb/conf/key文件拷贝到其它服务器上，保持文件权限不变

connfig server配置服务器

mongodb3.4以后要求配置服务器也创建副本集，不然集群搭建不成功。添加配置文件

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# cat configsrv.conf
storage:
  dbPath: /data/mongodb/config/data
  journal:
    enabled: true


systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/config/log/configsrv.log


net:
  port: 21000
  bindIp: 0.0.0.0


processManagement:
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


security:
   keyFile: /data/mongodb/conf/key
   authorization: enabled


replication:
  replSetName: configs


sharding:
  clusterRole: "configsvr"

分别启动三台服务器的config server 方式一:

mongod -f /data/mongodb/conf/configsrv.conf

方式二:

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# cat /lib/systemd/system/mongosrv.service
[Unit]
Description=MongoDB Database Config Server
After=network.target
Documentation=https://docs.mongodb.org/manual


[Service]
User=mongodb
Group=mongodb
EnvironmentFile=-/etc/default/mongod
ExecStart=/usr/bin/mongod --config /data/mongodb/conf/configsrv.conf
PIDFile=/data/mongodb/config/log/configsrv.pid
# file size
LimitFSIZE=infinity
# cpu time
LimitCPU=infinity
# virtual memory size
LimitAS=infinity
# open files
LimitNOFILE=64000
# processes/threads
LimitNPROC=64000
# locked memory
LimitMEMLOCK=infinity
# total threads (user+kernel)
TasksMax=infinity
TasksAccounting=false


# Recommended limits for for mongod as specified in
# http://docs.mongodb.org/manual/reference/ulimit/#recommended-settings


[Install]
WantedBy=multi-user.target

systemctl daemon-reload
systemctl start mongosrv.service
systemctl enable mongosrv.service

登录任意一台配置服务器，初始化配置副本集

#连接
mongo --port 21000
#config变量
config = {
    _id : "configs",
     members : [
         {_id : 0, host : "10.20.71.135:21000" },
         {_id : 1, host : "10.20.73.182:21000" },
         {_id : 2, host : "10.20.70.61:21000" }
     ]
}
#初始化副本集
rs.initiate(config)

其中，”_id” : “configs”应与配置文件中配置的 replicaction.replSetName 一致，”members” 中的 “host” 为三个节点的 ip 和 port

配置分片副本集(三台机器)

设置第一个分片副本集(shard1)

1. 配置文件

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# egrep -v ^# shard1.conf
storage:
  dbPath: /data/mongodb/shard1/data
  journal:
    enabled: true


systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/shard1/log/shard1.log


net:
  port: 27017
  bindIp: 0.0.0.0




processManagement:
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


security:
   keyFile: /data/mongodb/conf/key
   authorization: enabled




replication:
  replSetName: shard1


sharding:
  clusterRole: "shardsvr"

2. 制作服务启动文件

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# cat /lib/systemd/system/mongod-shard1.service
[Unit]
Description=MongoDB Shard1 Database Server
After=network.target
Documentation=https://docs.mongodb.org/manual


[Service]
User=mongodb
Group=mongodb
EnvironmentFile=-/etc/default/mongod
ExecStart=/usr/bin/mongod --config /data/mongodb/conf/shard1.conf
PIDFile=/data/mongodb/shard1/log/shard1.pid
# file size
LimitFSIZE=infinity
# cpu time
LimitCPU=infinity
# virtual memory size
LimitAS=infinity
# open files
LimitNOFILE=64000
# processes/threads
LimitNPROC=64000
# locked memory
LimitMEMLOCK=infinity
# total threads (user+kernel)
TasksMax=infinity
TasksAccounting=false


# Recommended limits for for mongod as specified in
# http://docs.mongodb.org/manual/reference/ulimit/#recommended-settings


[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动方式一:

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl daemon-reload
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl start mongod-shard1.service
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl status mongod-shard1.service

启动方式二:

mongod -f /data/mongodb/conf/shard1.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集:

在任意一台服务上初始化复制集配置：


mongo --port 27017
#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。
config = {
   _id : "shard1",
   members : [
       {_id : 0, host : "10.20.71.135:27017" },
       {_id : 1, host : "10.20.73.182:27017" },
       {_id : 2, host : "10.20.70.61:27017", arbiterOnly: true }
    ]
}
#初始化副本集配置
rs.initiate(config);
rs.status()
rs.conf()

设置第二个分片副本集(shard2)

1. 配置文件

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# egrep -v ^# shard2.conf
storage:
  dbPath: /data/mongodb/shard2/data
  journal:
    enabled: true


systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/shard2/log/shard2.log


net:
  port: 27018
  bindIp: 0.0.0.0




processManagement:
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


security:
   keyFile: /data/mongodb/conf/key
   authorization: enabled




replication:
  replSetName: shard2


sharding:
  clusterRole: "shardsvr"

2. 制作服务启动文件

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# cat /lib/systemd/system/mongod-shard2.service
[Unit]
Description=MongoDB Shard2 Database Server
After=network.target
Documentation=https://docs.mongodb.org/manual


[Service]
User=mongodb
Group=mongodb
EnvironmentFile=-/etc/default/mongod
ExecStart=/usr/bin/mongod --config /data/mongodb/conf/shard2.conf
PIDFile=/data/mongodb/shard2/log/shard2.pid
# file size
LimitFSIZE=infinity
# cpu time
LimitCPU=infinity
# virtual memory size
LimitAS=infinity
# open files
LimitNOFILE=64000
# processes/threads
LimitNPROC=64000
# locked memory
LimitMEMLOCK=infinity
# total threads (user+kernel)
TasksMax=infinity
TasksAccounting=false


# Recommended limits for for mongod as specified in
# http://docs.mongodb.org/manual/reference/ulimit/#recommended-settings


[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动方式一:

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl daemon-reload
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl start mongod-shard2.service
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl status mongod-shard2.service

启动方式二:

mongod -f /data/mongodb/conf/shard2.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集:

在任意一台服务上初始化复制集配置：


mongo --port 27018
#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。
config = {
   _id : "shard2",
   members : [
       {_id : 0, host : "10.20.71.135:27018" },
       {_id : 1, host : "10.20.73.182:27018", arbiterOnly: true },
       {_id : 2, host : "10.20.70.61:27018" }
    ]
}
#初始化副本集配置
rs.initiate(config);

设置第二个分片副本集(shard3)

1. 配置文件

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# egrep -v ^# shard3.conf
storage:
  dbPath: /data/mongodb/shard3/data
  journal:
    enabled: true


systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/shard3/log/shard3.log


net:
  port: 27019
  bindIp: 0.0.0.0




processManagement:
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


security:
   keyFile: /data/mongodb/conf/key
   authorization: enabled




replication:
  replSetName: shard3


sharding:
  clusterRole: "shardsvr"

2. 制作服务启动文件

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# cat /lib/systemd/system/mongod-shard3.service
[Unit]
Description=MongoDB Shard3 Database Server
After=network.target
Documentation=https://docs.mongodb.org/manual


[Service]
User=mongodb
Group=mongodb
EnvironmentFile=-/etc/default/mongod
ExecStart=/usr/bin/mongod --config /data/mongodb/conf/shard3.conf
PIDFile=/data/mongodb/shard3/log/shard3.pid
# file size
LimitFSIZE=infinity
# cpu time
LimitCPU=infinity
# virtual memory size
LimitAS=infinity
# open files
LimitNOFILE=64000
# processes/threads
LimitNPROC=64000
# locked memory
LimitMEMLOCK=infinity
# total threads (user+kernel)
TasksMax=infinity
TasksAccounting=false


# Recommended limits for for mongod as specified in
# http://docs.mongodb.org/manual/reference/ulimit/#recommended-settings


[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动方式一:

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl daemon-reload
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl start mongod-shard3.service
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl status mongod-shard3.service

启动方式二:

mongod -f /data/mongodb/conf/shard3.conf

登陆任意一台服务器，初始化副本集:

mongo --port 27019


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。
config = {
   _id : "shard3",
   members : [
       {_id : 0, host : "10.20.71.135:27019",arbiterOnly: true },
       {_id : 1, host : "10.20.73.182:27019" },
       {_id : 2, host : "10.20.70.61:27019" }
    ]
}


#初始化副本集配置
rs.initiate(config);

配置路由服务器 mongos

先启动配置服务器和分片服务器,后启动路由实例:（三台机器） 1. 配置文件

systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/mongos/log/mongos.log


net:
  port: 20000
  bindIp: 0.0.0.0




processManagement:
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo


security:
   keyFile: /data/mongodb/conf/key
   clusterAuthMode: keyFile




replication:
  localPingThresholdMs: 15


sharding:
  #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/10.20.71.135:21000,10.20.73.182:21000,10.20.70.61:21000"

2. 制作服务启动文件

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# cat /lib/systemd/system/mongos.service
[Unit]
Description=MongoDB Mongos Database Server
After=network.target
Documentation=https://docs.mongodb.org/manual


[Service]
User=mongodb
Group=mongodb
EnvironmentFile=-/etc/default/mongod
ExecStart=/usr/bin/mongos --config /data/mongodb/conf/mongos.conf
PIDFile=/data/mongodb/mongos/log/mongos.pid
# file size
LimitFSIZE=infinity
# cpu time
LimitCPU=infinity
# virtual memory size
LimitAS=infinity
# open files
LimitNOFILE=64000
# processes/threads
LimitNPROC=64000
# locked memory
LimitMEMLOCK=infinity
# total threads (user+kernel)
TasksMax=infinity
TasksAccounting=false


# Recommended limits for for mongod as specified in
# http://docs.mongodb.org/manual/reference/ulimit/#recommended-settings


[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动方式一:

root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl daemon-reload
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl enable mongos
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl start mongos.service
root@mgo-db01cn-p001:/data/mongodb/conf# systemctl status mongos.service

启动方式二:

mongod -f /data/mongodb/conf/shard3.conf

3. 启用分片 目前搭建了mongodb配置服务器、路由服务器，各个分片服务器，不过应用程序连接到mongos路由服务器并不能使用分片机制，还需要在程序里设置分片配置，让分片生效。

mongo --port 20000


#使用admin数据库
use  admin


#串联路由服务器与分配副本集
sh.addShard("shard1/10.20.71.135:27017,10.20.73.182:27017,10.20.70.61:27017")
sh.addShard("shard2/10.20.71.135:27018,10.20.73.182:27018,10.20.70.61:27018")
sh.addShard("shard3/10.20.71.135:27019,10.20.73.182:27019,10.20.70.61:27019")


#查看集群状态
sh.status()

⚠️ : 集群服务启动顺序 mongodb的启动顺序是，先启动配置服务器，在启动分片，最后启动mongos. configsvr->shard->mongos 至此，整个mongodb高可用集群就搭建好了。

部署测试

1. 先建一个database及user创建数据

# 创建一个admin用户
$ mongo --port 20000
> use admin
> db.createUser({ user: "weadmin", pwd: "123456",roles: [{ role: "userAdminAnyDatabase", db: "admin" },{ role: "clusterManager", db : "admin"}],passwordDigestor: "server"})
> exit


# 创建一个database的访问用户
$ mongo --username weadmin --password 123456 --authenticationDatabase admin --port 20000 admin
> use test
> db.createUser({user: "test",pwd: "123456",roles: [{ role: "dbOwner", db: "test" }],passwordDigestor: "server"});
> exit


# 使用该用户访问database，并插入数据，创建索引
$ mongo --username test --password 123456 --authenticationDatabase test --port 20000  test
#插入测试数据
> for (var i = 1; i <= 5000; i++){db.table1.save({id:i,"name":"shuke"})};
> exit

2. 分片生效 目前配置服务、路由服务、分片服务、副本集服务都已经串联起来了，但我们的目的是希望插入数据，数据能够自动分片。连接在mongos上，准备让指定的数据库、指定的集合分片生效。

$ mongo --username weadmin --password 123456 --authenticationDatabase admin --port 20000 admin
> use admin
# 认证
> db.auth("weadmin", "123456")
#指定testdb分片生效
db.runCommand( { enablesharding :"test"});
#指定数据库里需要分片的集合和片键
db.runCommand( { shardcollection : "test.table1",key : {id: 1} } )

我们设置testdb的 table1 表需要分片，根据 id 自动分片到 shard1 ，shard2，shard3 上面去。要这样设置是因为不是所有mongodb 的数据库和表 都需要分片！

3. 测试分片配置结果:

$ mongo --username test --password 123456 --authenticationDatabase test --port 20000  test
> use test
> db.auth("test", "123456")
#查看分片情况
> db.table1.stats();

总结

手工部署mongodb集群还是比较麻烦的，所以如果图省事儿，还是使用云厂商提供的PaaS服务好了，比如云数据库 MongoDB。如果一定要自己搭建，还是建议用现成的ansible-mongodb-cluster脚本好了。

refs

mongodb高可用集群部署 - jeremy的技术点滴 mongodb 3.4 集群搭建：分片+副本集 - 纯洁的微笑博客 搭建 MongoDB分片（sharding） / 分区 / 集群环境 - 云+社区 - 腾讯云 MongoDB副本集配置 - 个人文章 - SegmentFault 思否 三个节点的复制集 — MongoDB Manual 3.4 在Ubuntu上安装MongoDB社区版 | 静水流深

后面会分享更多运维方面的内容，感兴趣的朋友可以关注下！

*特别声明：本文为【赵峰峰】投稿，仅代表作者观点。马哥教育仅提供信息发布平台。