mongo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|监听端口|

|-|-|

|1|mongos|25001|

|2|mongos|25002|

|3|mongos|25003|

|4|config|26001|

|5|config|26002|

|6|config|26003|

|7|shard1|27001|

|8|shard1|27002|

|9|shard1|27003|

|10|shard2|27004|

|11|shard2|27005|

|12|shard2|27006|

• 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: wiredTiger
    directoryPerDB: true
    journal:
        enabled: true
systemLog:
    destination: file
    logAppend: 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: file
    logAppend: 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/data

mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n1/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n2/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard1/n3/data

mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n1/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n2/data
mkdir -p $WORK_DIR/nodes/shard2/n3/data

mkdir -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/mongod

echo "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/mongos

echo "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 : 24952

Shard 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 : 25047

Totals
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

总结

• Mongodb集群架构由Mongos、Config副本集和多个分片组成；
  
  安装过程中先初始化Config副本集、分片副本集，最后通过Mongos添加分片
• Config副本集存储了集群访问的用户及角色权限，为了方便管理，可以给分片副本集添加本地用户
• Mongodb提供了LocalException机制，首次安装数据库时可以在本机直接添加用户