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轻松掌握组件启动之MongoDB（上）：高可用复制集架构环境搭建

2023-10-16 10:04 由 努力的小雨 发表于 #数据库

MongoDB复制集

复制集架构

在生产环境中，强烈不建议使用单机版的MongoDB服务器。原因如下：

单机版的MongoDB无法保证系统的可靠性。一旦进程发生故障或是服务器宕机，业务将直接不可用。此外，一旦服务器上的磁盘损坏，数据会直接丢失，而此时并没有任何副本可用。

为了确保数据的高可用性和冗余性，我们建议使用Mongodb复制集（Replication Set）。复制集由一组Mongod实例（进程）组成，其中包含一个Primary节点和多个Secondary节点。所有的数据写入操作都会被写入Primary节点，并且Secondary节点会从Primary节点同步写入的数据，以保持复制集内所有成员存储相同的数据集。这样可以提供数据的高可用性。复制集的功能依赖于两个方面：

  1. 数据写入时将数据迅速复制到另一个独立节点上，确保数据的冗余性和可用性。
  2. 在接受写入的节点发生故障时，系统能够自动选举出一个新的替代节点，以确保系统的连续性和可用性。

在实现高可用性的同时，Mongodb复制集还具有其他几个附加作用：

数据分发：复制集可以将数据从一个区域复制到另一个区域，从而减少另一个区域的读取延迟。

读写分离：复制集还支持读写分离的功能。通过将不同类型的压力分别在不同的节点上执行，可以有效地分担系统的负载。

异地容灾：复制集还可以实现异地容灾。在数据中心发生故障时，可以快速切换到异地部署的节点。

早期版本的MongoDB使用了一种Master-Slave的架构，该做法在MongoDB 3.4版本之后已经废弃。因为Master-Slave 其中Master 宕机后不能自动恢复，只能靠人为操作，可靠性也差，操作不当就存在丢数据的风险。

三节点复制集模式

常见的复制集架构通常由3个成员节点组成，其中存在几种不同的模式，具体取决于配置和需求。

PSS模式（官方推荐模式）

在常见的复制集架构中，PSS（Primary+Secondary+Secondary）模式是一种常见的配置，它由一个主节点和两个备节点组成。

在这种模式下，如果主节点不可用，复制集会智能地选择其中一个备节点作为新的主节点，并继续正常的操作。这种自动切换的机制确保了系统的连续性和可用性，同时减少了数据丢失的风险。旧的主节点在可用时重新加入复制集。

PSA模式

PSA（Primary+Secondary+Arbiter）模式是一种常见的架构配置。它由一个主节点、一个备节点和一个仲裁者节点组成。

在这种PSA模式下，Arbiter节点的主要作用是作为一个仲裁者来参与选举投票。它不存储数据副本，也不提供实际的业务读写操作。因此，即使Arbiter节点发生故障，也不会对业务产生直接影响，只会影响选举投票过程。主节点负责处理所有的业务读写操作，并且有一个完整的数据副本。备节点也存储了一个完整的数据副本，并在主节点故障时承担主节点的角色。而Arbiter节点则参与选举投票，帮助复制集在主节点发生故障时选择一个新的主节点。

典型三节点复制集环境搭建

即使只有一台服务器，以单节点模式启动复制集也是一个值得考虑的选择。

  • 单机多实例启动复制集
  • 单节点启动复制集

复制集注意事项

关于硬件:

  • 由于正常的复制集节点都有可能成为主节点，它们的地位是相等的。因此，为了确保系统的稳定性，必须确保各节点的硬件配置保持一致。
  • 为了避免多个节点同时宕机，每个节点使用的硬件必须具有独立性。这样可以保证即使一个节点宕机，其他节点仍然可以正常工作，确保系统的连续性和可靠性。

关于软件:

  • 在复制集中，每个节点的软件版本必须保持一致，这样可以避免出现无法预料的问题。
  • 值得注意的是，增加节点并不会提高系统的写入性能。

环境准备:

  • 安装 MongoDB并正确配置好环境变量
  • 确保你的计算机硬盘上有充足的空间，至少需要10GB或更多的可用空间。

准备配置文件

为了实现复制集的最佳性能和可靠性，建议将复制集的每个mongod进程部署在不同的服务器上。目前我们在一台机器上运行3个进程，因此需要对它们进行以下配置：

  • 配置不同的端口：（28017/28018/28019）
  • 配置不同的数据目录：
mkdir ‐p /data/db1
mkdir ‐p /data/db2
mkdir ‐p /data/db3
  • 配置不同的日志文件路径：(例如：/data/db1/mongod.log)

创建配置文件 /data/db1/mongod.conf 时，你可以进行以下设置：

# /data/db1/mongod.conf
systemLog:
  destination: file
  path: /data/db1/mongod.log
  logAppend: true
storage:
  dbPath: /data/db1
net:
  bindIp: 0.0.0.0
  port: 28017
replication:
  replSetName: rs0
processManagement:
  fork: true

我们可以按照以上步骤修改端口和路径，分别配置 db2 和 db3。请确保配置文件使用 YAML 格式。

启动 MongoDB 进程

mongod ‐f /data/db1/mongod.conf
mongod ‐f /data/db2/mongod.conf
mongod ‐f /data/db3/mongod.conf

注意：如果启用了 SELinux，可能阻止上述进程启动。简单起见请关闭 SELinux。

# 永久关闭,将SELINUX=enforcing改为SELINUX=disabled,设置后需要重启才能生效
vim /etc/selinux/config
# 查看SELINUX
/usr/sbin/sestatus ‐v

总结

在本文中，我们介绍了MongoDB复制集的架构和特点。我们强调了在生产环境中使用单机版MongoDB的风险，并推荐使用复制集来保证数据的高可用性和冗余性。

复制集由一组Mongod实例组成，其中包含一个Primary节点和多个Secondary节点。所有的数据写入操作都会被写入Primary节点，并且Secondary节点会从Primary节点同步写入的数据，以保持复制集内所有成员存储相同的数据集。

最后，我们提供了在典型三节点复制集环境中搭建的步骤和注意事项，包括准备配置文件和启动MongoDB进程。下一章节我们将讲解如何配置复制集和集群安全验证及其连接方式。

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