MongoDB的分片集群群-Sharded Cluster：概念、优点、操作、分片策略、故障转移

一、分片概念

分片（sharding）是一种跨多台机器分布数据的方法， MongoDB使用分片来支持具有非常大的数据集和高吞吐量操作的部署。
换句话说：分片(sharding)是指将数据拆分，将其分散存在不同的机器上的过程。有时也用分区(partitioning)来表示这个概念。将数据分散到不同的机器上，不需要功能强大的大型计算机就可以储存更多的数据，处理更多的负载。
具有大型数据集或高吞吐量应用程序的数据库系统可以会挑战单个服务器的容量。例如，高查询率会耗尽服务器的CPU容量。工作集大小大于系统的RAM会强调磁盘驱动器的I / O容量。
有两种解决系统增长的方法：垂直扩展和水平扩展。

垂直扩展意味着增加单个服务器的容量，例如使用更强大的CPU，添加更多RAM或增加存储空间量。可用技术的局限性可能会限制单个机器对于给定工作负载而言足够强大。此外，基于云的提供商基于可用的硬件配置具有硬性上限。结果，垂直缩放有实际的最大值。
水平扩展意味着划分系统数据集并加载多个服务器，添加其他服务器以根据需要增加容量。虽然单个机器的总体速度或容量可能不高，但每台机器处理整个工作负载的子集，可能提供比单个高速大容量服务器更高的效率。扩展部署容量只需要根据需要添加额外的服务器，这可能比单个机器的高端硬件的总体成本更低。权衡是基础架构和部署维护的复杂性增加。
MongoDB支持通过分片进行水平扩展。

二、分片集群包含的组件

MongoDB分片群集包含以下组件：

• 分片（存储）：每个分片包含分片数据的子集。 每个分片都可以部署为副本集。
• mongos（路由）：mongos充当查询路由器，在客户端应用程序和分片集群之间提供接口。
• config servers（“调度”的配置）：配置服务器存储群集的元数据和配置设置。 从MongoDB 3.4开始，必须将配置服务器部署为副本集（CSRS）。
  下图描述了分片集群中组件的交互：
  

MongoDB在集合级别对数据进行分片，将集合数据分布在集群中的分片上。
27018 if mongod is a shard member；
27019 if mongod is a config server member

三、分片集群架构目标

两个分片节点副本集（3+3）+一个配置节点副本集（3）+两个路由节点（2），共11个服务节点。

四、分片（存储）节点副本集的创建

所有的的配置文件都直接放到 sharded_cluster 的相应的子目录下面，默认配置文件名字：
mongod.conf

4.1 第一套副本集

清空多余的mongod服务

准备存放数据和日志的目录：

systemLog:
  #MongoDB发送所有日志输出的目标指定为文件
  destination: file
  #mongod或mongos应向其发送所有诊断日志记录信息的日志文件的路径
  path: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27018/log/mongod.log"
  #当mongos或mongod实例重新启动时，mongos或mongod会将新条目附加到现有日志文件的末尾。
  logAppend: true
storage:
  #mongod实例存储其数据的目录。storage.dbPath设置仅适用于mongod。
  dbPath: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27018/data/db"
  journal:
  #启用或禁用持久性日志以确保数据文件保持有效和可恢复。
    enabled: true
processManagement:
  #启用在后台运行mongos或mongod进程的守护进程模式。
  fork: true
  #指定用于保存mongos或mongod进程的进程ID的文件位置，其中mongos或mongod将写入其PID
  pidFilePath: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27018/log/mongod.pid"
net:
  #服务实例绑定所有IP，有副作用，副本集初始化的时候，节点名字会自动设置为本地域名，而不是ip
  #bindIpAll: true
  #服务实例绑定的IP
  bindIp: localhost,172.22.4.227
  #bindIp
  #绑定的端口
  port: 27018
replication:
  #副本集的名称
  replSetName: myshardrs01
sharding:
  #分片角色
  clusterRole: shardsvr

sharding.clusterRole：

Value	Description
configsvr	Start this instance as a config server. The instance starts on port 27019 by default.
shardsvr	Start this instance as a shard. The instance starts on port 27018 by default.

注意：
设置sharding.clusterRole需要mongod实例运行复制。 要将实例部署为副本集成员，请使用replSetName设置并指定副本集的名称。
新建或修改配置文件：

vim /mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27118/mongod.conf

myshardrs01_27118：

systemLog:
  #MongoDB发送所有日志输出的目标指定为文件
  destination: file
  #mongod或mongos应向其发送所有诊断日志记录信息的日志文件的路径
  path: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27118/log/mongod.log"
  #当mongos或mongod实例重新启动时，mongos或mongod会将新条目附加到现有日志文件的末尾。
  logAppend: true
storage:
  #mongod实例存储其数据的目录。storage.dbPath设置仅适用于mongod。
  dbPath: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27118/data/db"
  journal:
  #启用或禁用持久性日志以确保数据文件保持有效和可恢复。
    enabled: true
processManagement:
  #启用在后台运行mongos或mongod进程的守护进程模式。
  fork: true
  #指定用于保存mongos或mongod进程的进程ID的文件位置，其中mongos或mongod将写入其PID
  pidFilePath: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27118/log/mongod.pid"
net:
  #服务实例绑定所有IP，有副作用，副本集初始化的时候，节点名字会自动设置为本地域名，而不是ip
  #bindIpAll: true
  #服务实例绑定的IP
  bindIp: localhost,172.22.4.227
  #bindIp
  #绑定的端口
  port: 27118
replication:
  #副本集的名称
  replSetName: myshardrs01
sharding:
  #分片角色
  clusterRole: shardsvr

新建或修改配置文件：

vim /mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27218/mongod.conf

myshardrs01_27218：

systemLog:
  #MongoDB发送所有日志输出的目标指定为文件
  destination: file
  #mongod或mongos应向其发送所有诊断日志记录信息的日志文件的路径
  path: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27218/log/mongod.log"
  #当mongos或mongod实例重新启动时，mongos或mongod会将新条目附加到现有日志文件的末尾。
  logAppend: true
storage:
  #mongod实例存储其数据的目录。storage.dbPath设置仅适用于mongod。
  dbPath: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27218/data/db"
  journal:
  #启用或禁用持久性日志以确保数据文件保持有效和可恢复。
    enabled: true
processManagement:
  #启用在后台运行mongos或mongod进程的守护进程模式。
  fork: true
  #指定用于保存mongos或mongod进程的进程ID的文件位置，其中mongos或mongod将写入其PID
  pidFilePath: "/mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27218/log/mongod.pid"
net:
  #服务实例绑定所有IP，有副作用，副本集初始化的时候，节点名字会自动设置为本地域名，而不是ip
  #bindIpAll: true
  #服务实例绑定的IP
  bindIp: localhost,172.22.4.227
  #bindIp
  #绑定的端口
  port: 27218
replication:
  #副本集的名称
  replSetName: myshardrs01
sharding:
  #分片角色
  clusterRole: shardsvr

启动第一套副本集：一主一副本一仲裁
依次启动三个mongod服务：

[root@liar ~]# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27018/mongod.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 5777
child process started successfully, parent exiting
[root@liar ~]# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27118/mongod.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 6003
child process started successfully, parent exiting
[root@liar ~]# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /mongodb/sharded_cluster/myshardrs01_27218/mongod.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 5917
child process started successfully, parent exiting

查看服务是否启动：

（1）初始化副本集和创建主节点：
使用客户端命令连接任意一个节点，但这里尽量要连接主节点：

/usr/local/mongodb/bin/mongo --host 120.79.157.129 --port 27018

执行初始化副本集命令：

>  rs.initiate()
{
	"info2" : "no configuration specified. Using a default configuration for the set",
	"me" : "172.22.4.227:27018",
	"ok" : 1
}

查看副本集情况(节选内容)：

myshardrs01:SECONDARY> rs.status()
{
	"set" : "myshardrs01",
......
}

（2）这里他已经变为主节点了，配置查看：

myshardrs01:PRIMARY> rs.conf()
{
	"_id" : "myshardrs01",
	"version" : 1,
	"protocolVersion" : NumberLong(1),
	"writeConcernMajorityJournalDefault" : true,
	"members" : [
		{
			"_id" : 0,
			"host" : "172.22.4.227:27018",
			"arbiterOnly" : false,
			"buildIndexes" : true,
			"hidden" : false,
			"priority" : 1,
			"tags" : {
				
			},
			"slaveDelay" : NumberLong(0),
			"votes" : 1
		}
	],
	"settings" : {
		"chainingAllowed" : true,
		"heartbeatIntervalMillis" : 2000,
		"heartbeatTimeoutSecs" : 10,
		"electionTimeoutMillis" : 10000,
		"catchUpTimeoutMillis" : -1,
		"catchUpTakeoverDelayMillis" : 30000,
		"getLastErrorModes" : {
			
		},
		"getLastErro