【mongoDB運(yùn)維篇④】Shard 分片集群

yy736044583 發(fā)布于2019-06-26 16:57 / 432人閱讀

摘要：簡(jiǎn)述為何要分片減少單機(jī)請(qǐng)求數(shù)，降低單機(jī)負(fù)載，提高總負(fù)載減少單機(jī)的存儲(chǔ)空間，提高總存空間。就是用來存儲(chǔ)所有節(jié)點(diǎn)的配置信息每個(gè)的范圍在各的分布情況該集群中所有和的配置信息。

簡(jiǎn)述 為何要分片

減少單機(jī)請(qǐng)求數(shù)，降低單機(jī)負(fù)載，提高總負(fù)載

減少單機(jī)的存儲(chǔ)空間，提高總存空間。

常見的mongodb sharding 服務(wù)器架構(gòu)

要構(gòu)建一個(gè) MongoDB Sharding Cluster，需要三種角色：

Shard Server
即存儲(chǔ)實(shí)際數(shù)據(jù)的分片，每個(gè)Shard可以是一個(gè)mongod實(shí)例，也可以是一組mongod實(shí)例構(gòu)成的Replication Set。為了實(shí)現(xiàn)每個(gè)Shard內(nèi)部的auto-failover(自動(dòng)故障切換)，MongoDB官方建議每個(gè)Shard為一組Replica Set。

Config Server
為了將一個(gè)特定的collection存儲(chǔ)在多個(gè)shard中，需要為該collection指定一個(gè)shard key(片鍵)，例如{age: 1} ，shard key可以決定該條記錄屬于哪個(gè)chunk(分片是以chunk為單位,后續(xù)會(huì)介紹)。Config Servers就是用來存儲(chǔ)：所有shard節(jié)點(diǎn)的配置信息、每個(gè)chunk的shard key范圍、chunk在各shard的分布情況、該集群中所有DB和collection的sharding配置信息。

Route Process
這是一個(gè)前端路由，客戶端由此接入，然后詢問Config Servers需要到哪個(gè)Shard上查詢或保存記錄，再連接相應(yīng)的Shard進(jìn)行操作，最后將結(jié)果返回給客戶端。客戶端只需要將原本發(fā)給mongod的查詢或更新請(qǐng)求原封不動(dòng)地發(fā)給Routing Process，而不必關(guān)心所操作的記錄存儲(chǔ)在哪個(gè)Shard上。（所有操作在mongos上操作即可）

配置分片服務(wù)器

下面我們?cè)谕慌_(tái)物理機(jī)器上構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的 Sharding Cluster：

Shard Server 1：27017
Shard Server 2：27018
Config Server ：27027
Route Process：40000

步驟一: 啟動(dòng)Shard Server

mkdir -p ./data/shard/s0 ./data/shard/s1  #創(chuàng)建數(shù)據(jù)目錄
mkdir -p ./data/shard/log # 創(chuàng)建日志目錄

./bin/mongod --port 27017 --dbpath /usr/local/mongodb/data/shard/s0 --fork --logpath /usr/local/mongodb/data/shard/log/s0.log # 啟動(dòng)Shard Server實(shí)例1

./bin/mongod --port 27018 --dbpath /usr/local/mongodb/data/shard/s1 --fork --logpath /usr/local/mongodb/data/shard/log/s1.log # 啟動(dòng)Shard Server實(shí)例2

步驟二: 啟動(dòng)Config Server

mkdir -p ./data/shard/config #創(chuàng)建數(shù)據(jù)目錄

./bin/mongod --port 27027 --dbpath /usr/local/mongodb/data/shard/config --fork --logpath /usr/local/mongodb/data/shard/log/config.log #啟動(dòng)Config Server實(shí)例

注意，這里我們完全可以像啟動(dòng)普通mongodb服務(wù)一樣啟動(dòng)，不需要添加—shardsvr和configsvr參數(shù)。因?yàn)檫@兩個(gè)參數(shù)的作用就是改變啟動(dòng)端口的，所以我們自行指定了端口就可以

步驟三: 啟動(dòng)Route Process

./bin/mongos --port 4000 --configdb localhost:27027 --fork --logpath /usr/local/mongodb/data/shard/log/route.log --chunkSize=1 # 啟動(dòng)Route Server實(shí)例

mongos啟動(dòng)參數(shù)中，chunkSize這一項(xiàng)是用來指定chunk的大小的，單位是MB，默認(rèn)大小為200MB，為了方便測(cè)試Sharding效果，我們把chunkSize指定為 1MB。意思是當(dāng)這個(gè)分片中插入的數(shù)據(jù)大于1M時(shí)開始進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移

步驟四: 配置Sharding

# 我們使用MongoDB Shell登錄到mongos，添加Shard節(jié)點(diǎn)
./bin/mongo admin --port 40000 #此操作需要連接admin庫(kù)
> db.runCommand({ addshard:"localhost:27017" }) #添加 Shard Server 或者用 sh.addshard()命令來添加,下同;
{ "shardAdded" : "shard0000", "ok" : 1 }
> db.runCommand({ addshard:"localhost:27018" })
{ "shardAdded" : "shard0001", "ok" : 1 }

> db.runCommand({ enablesharding:"test" }) #設(shè)置分片存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)
{ "ok" : 1 }

> db.runCommand({ shardcollection: "test.users", key: { id:1 }}) # 設(shè)置分片的集合名稱。且必須指定Shard Key，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建索引，然后根據(jù)這個(gè)shard Key來計(jì)算
{ "collectionsharded" : "test.users", "ok" : 1 }

 > sh.status(); #查看片的狀態(tài)
 > printShardingStatus(db.getSisterDB("config"),1); # 查看片狀態(tài)(完整版);
 > db.stats(); # 查看所有的分片服務(wù)器狀態(tài)

注意這里我們要注意片鍵的選擇，選擇片鍵時(shí)需要根據(jù)具體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)形態(tài)來選擇，切不可隨意選擇，實(shí)際中尤其不要輕易選擇自增_id作為片鍵，除非你很清楚你這么做的目的，具體原因我不在此分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)推薦一種較合理的片鍵方式，“自增字段+查詢字段”，沒錯(cuò)，片鍵可以是多個(gè)字段的組合。

另外這里說明一點(diǎn)，分片的機(jī)制：mongodb不是從單篇文檔的級(jí)別,絕對(duì)平均的散落在各個(gè)片上, 而是N篇文檔,形成一個(gè)塊"chunk",優(yōu)先放在某個(gè)片上, 當(dāng)這片上的chunk,比另一個(gè)片的chunk區(qū)別比較大時(shí)(>=3) ,會(huì)把本片上的chunk,移到另一個(gè)片上, 以chunk為單位,維護(hù)片之間的數(shù)據(jù)均衡。

也就是說，一開始插入數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)是只插入到其中一塊分片上的，插入完畢后，mongodb內(nèi)部開始在各片之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的移動(dòng)，這個(gè)過程可能不是立即的，mongodb足夠智能會(huì)根據(jù)當(dāng)前負(fù)載決定是立即進(jìn)行移動(dòng)還是稍后移動(dòng)。
在插入數(shù)據(jù)后，立馬執(zhí)行db.users.stats();兩次可以驗(yàn)證如上所說。

這種分片機(jī)制,節(jié)省了人工維護(hù)成本,但是由于其是優(yōu)先往某個(gè)片上插入,等到chunk失衡時(shí),再移動(dòng)chunk,并且隨著數(shù)據(jù)的增多,shard的實(shí)例之間,有chunk來回移動(dòng)的現(xiàn)象,這將會(huì)為服務(wù)器帶來很大的IO開銷,解決這種開銷的方法,就是手動(dòng)預(yù)先分片;

手動(dòng)預(yù)先分片

以shop.user表為例

sh.shardCollection(‘shop.user’,{userid:1}); # user表用userid做shard key

for(var i=1;i<=40;i++) { sh.splitAt("shop.user",{userid:i*1000}) } # 預(yù)先在1K 2K...40K這樣的界限切好chunk(雖然chunk是空的), 這些chunk將會(huì)均勻移動(dòng)到各片上.

通過mongos添加user數(shù)據(jù). 數(shù)據(jù)會(huì)添加到預(yù)先分配好的chunk上, chunk就不會(huì)來回移動(dòng)了.

repliction set and shard

一般mongoDB如果真的到了分片的級(jí)別后,那片服務(wù)器避無可免的要用到復(fù)制集,部署的基本思路同上,只需要注意兩點(diǎn):

sh.addShard( host ) server:port OR setname/server:port # 如果是復(fù)制集的片服務(wù)器,我們應(yīng)該復(fù)制集的名稱寫在前面比如
sh.addShard("ras/192.168.42.168:27017"); # 27017也就是復(fù)制集中的primary

另外在啟動(dòng)本機(jī)的mongod服務(wù)的時(shí)候,最好把ip也給寫進(jìn)去,否則有可能會(huì)有不可預(yù)知的錯(cuò)誤;