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搭建MongoDB副本集
作者：不正经 | 2024-05-04 08:32:44
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搭建MongoDB副本集
一、什么是MongoDB的副本集
MongoDB的副本集（Replica Set）是一种提供数据冗余和高可用性的架构。它是由多个维护相同数据集的mongod进程（即数据库实例）组成的一个集合，这些实例分布在不同的服务器上。
副本集的设计目标是为了确保在单个服务器发生故障时，数据库服务依然可以继续运作，从而提高了系统的可靠性和容错能力。
二、副本集的架构
一个副本集最多有50个节点。一个副本集最多有7个投票节点，其余节点必须是没有投票权的节点。
副本集的最小推荐配置是三个节点：
- 一个主节点和两个从节点。
- 一个主节点、一个从节点和仲裁节点。
三、副本集的成员
副本集有两种类型三种角色
-
两种类型
-
主节点(Primary)类型：数据操作的主要连接点，可读写
-
次要（辅助、从）节点(Secondaries)类型：数据冗余备份节点，可以读或选举
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三种角色
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主要成员（Primary）：主要接收所有写操作。就是主节点。
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副本成员（Replicate）：从主节点通过复制操作以维护相同的数据集，即备份数据，不可写操作，但可以读操作（但需要配置）。是默认的一种从节点类型
-
仲裁者（Arbiter）：不保留任何数据的副本，只具有投票选举作用，当然也可以将仲裁服务器维护为副本集的一部分，即副本成员同时也可以是仲裁者。也是一种从节点类型。
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建议
-
如果你的副本+主节点的个数是偶数，建议加一个仲裁者，形成奇数，容易满足大多数的投票。
-
如果你的副本+主节点的个数是奇数，可以不加仲裁者。
-
四、部署副本集
1、节点划分
一台机器上部署三个mongodb节点
| 端口 | 角色 |
|---|---|
| 27017 | 主节点 |
| 27018 | 副本节点 |
| 27019 | 仲裁节点 |
2、安装MongoDB
2.1、下载解压安装包
wget https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.4.6.tgz
tar xzvf mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.4.6.tgz -C /usr/local
cd /usr/local/
ln -s /usr/local/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.4.6 /usr/local/mongodb
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3、创建主节点
3.1、创建存储数据和日志的目录
mkdir -p /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27017/log
mkdir -p /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27017/data/db
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3.2、新建配置文件
vim /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27017/mongod.conf systemLog: destination: file path: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27017/log/mongod.log" logAppend: true storage: dbPath: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27017/data/db" journal: # 启用持久性日志 enabled: true processManagement: fork: true pidFilePath: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27017/log/mongod.pid" net: bindIp: localhost,192.168.112.40 port: 27017 replication: replSetName: myrs
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3.3、启动节点服务
[root@localhost local]# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27017/mongod.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 8177
child process started successfully, parent exiting
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4、创建副本节点
4.1、创建存储数据和日志的目录
mkdir -p /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27018/log
mkdir -p /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27018/data/db
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4.2、新建配置文件
vim /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27018/mongod.conf systemLog: destination: file path: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27018/log/mongod.log" logAppend: true storage: dbPath: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27018/data/db" journal: enabled: true processManagement: fork: true pidFilePath: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27018/log/mongod.pid" net: bindIp: localhost,192.168.112.40 port: 27018 replication: replSetName: myrs
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4.3、启动节点服务
[root@localhost ~]# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27018/mongod.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 18263
child process started successfully, parent exiting
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5、创建仲裁节点
5.1、创建存储数据和日志的目录
mkdir -p /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27019/log
mkdir -p /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27019/data/db
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5.2、创建配置文件
vim /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27019/mongod.conf systemLog: destination: file path: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27019/log/mongod.log" logAppend: true storage: dbPath: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27019/data/db" journal: # 启用持久性日志 enabled: true processManagement: fork: true pidFilePath: "/usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27019/log/mongod.pid" net: bindIp: localhost,192.168.112.40 port: 27019 replication: replSetName: myrs
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5.3、启动节点服务
[root@localhost ~]# /usr/local/mongodb/bin/mongod -f /usr/local/mongodb/replica_sets/myrs_27019/mongod.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 18314
child process started successfully, parent exiting
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6、添加环境变量
vim /etc/profile
export PATH=/usr/local/mongodb/bin/:$PATH
source /etc/profile
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[root@localhost ~]# which mongo
/usr/local/mongodb/bin/mongo
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7、初始化副本集
7.1、客户端连接主节点
mongo --host 192.168.112.40 --port=27017
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7.2、初始化副本集
当前并未选举主节点（primary），并且操作没有设置为允许从辅助节点（secondary）上读取。
所以很多命令无法使用，必须初始化副本集
> show dbs uncaught exception: Error: listDatabases failed:{ "topologyVersion" : { "processId" : ObjectId("662f9e53d74e84faba8865bc"), "counter" : NumberLong(0) }, "ok" : 0, "errmsg" : "not master and slaveOk=false", "code" : 13435, "codeName" : "NotPrimaryNoSecondaryOk" } : _getErrorWithCode@src/mongo/shell/utils.js:25:13 Mongo.prototype.getDBs/<@src/mongo/shell/mongo.js:147:19 Mongo.prototype.getDBs@src/mongo/shell/mongo.js:99:12 shellHelper.show@src/mongo/shell/utils.js:937:13 shellHelper@src/mongo/shell/utils.js:819:15 @(shellhelp2):1:1
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初始化副本集
> rs.initiate()
{
"info2" : "no configuration specified. Using a default configuration for the set",
"me" : "192.168.112.40:27017",
"ok" : 1
}
myrs:SECONDARY>
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"ok"的值为1，说明创建成功。
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命令行提示符发生变化，变成了一个从节点角色，此时默认不能读写。
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稍等片刻，发现副本集只有自己一个，变成主节点。
8、查看副本集配置信息
myrs:PRIMARY> rs.conf() { "_id" : "myrs", "version" : 1, "term" : 1, "protocolVersion" : NumberLong(1), "writeConcernMajorityJournalDefault" : true, "members" : [ { "_id" : 0, "host" : "192.168.112.40:27017", "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" : { }, "getLastErrorDefaults" : { "w" : 1, "wtimeout" : 0 }, "replicaSetId" : ObjectId("662fa69cd74e84faba8865e0") } }
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“_id” : “myrs” ：副本集的配置数据存储的主键值，默认就是副本集的名字
“members” ：副本集成员数组，此时只有一个：“host” : “192.168.112.40:27017”
该成员不是仲裁节点： “arbiterOnly” : false
优先级（权重值）： “priority” : 1
“settings” ：副本集的参数配置。
9、添加副本节点和仲裁节点
添加副本节点
myrs:PRIMARY> rs.add("192.168.112.40:27018")
{
"ok" : 1,
"$clusterTime" : {
"clusterTime" : Timestamp(1714399646, 1),
"signature" : {
"hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
"keyId" : NumberLong(0)
}
},
"operationTime" : Timestamp(1714399646, 1)
}
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添加仲裁节点
myrs:PRIMARY> rs.addArb("192.168.112.40:27019")
{
"ok" : 1,
"$clusterTime" : {
"clusterTime" : Timestamp(1714399738, 1),
"signature" : {
"hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
"keyId" : NumberLong(0)
}
},
"operationTime" : Timestamp(1714399738, 1)
}
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10、再次查看副本集配置信息
myrs:PRIMARY> rs.conf() { "_id" : "myrs", "version" : 3, "term" : 1, "protocolVersion" : NumberLong(1), "writeConcernMajorityJournalDefault" : true, "members" : [ { "_id" : 0, "host" : "192.168.112.40:27017", "arbiterOnly" : false, "buildIndexes" : true, "hidden" : false, "priority" : 1, "tags" : { }, "slaveDelay" : NumberLong(0), "votes" : 1 }, { "_id" : 1, "host" : "192.168.112.40:27018", "arbiterOnly" : false, "buildIndexes" : true, "hidden" : false, "priority" : 1, "tags" : { }, "slaveDelay" : NumberLong(0), "votes" : 1 }, { "_id" : 2, "host" : "192.168.112.40:27019", "arbiterOnly" : true, "buildIndexes" : true, "hidden" : false, "priority" : 0, "tags" : { }, "slaveDelay" : NumberLong(0), "votes" : 1 } ], "settings" : { "chainingAllowed" : true, "heartbeatIntervalMillis" : 2000, "heartbeatTimeoutSecs" : 10, "electionTimeoutMillis" : 10000, "catchUpTimeoutMillis" : -1, "catchUpTakeoverDelayMillis" : 30000, "getLastErrorModes" : { }, "getLastErrorDefaults" : { "w" : 1, "wtimeout" : 0 }, "replicaSetId" : ObjectId("662fa69cd74e84faba8865e0") } }
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- 成员信息：
- 成员1（_id: 0）和成员2（_id: 1）都是数据承载节点，它们位于同一台机器的不同端口（27017 和 27018）。两者都有相同的优先级（“priority” : 1），意味着它们都可以成为主节点。它们都没有延迟复制（“slaveDelay” : NumberLong(0)），并且都参与选举投票（“votes” : 1）。
- 成员3（_id: 2）是一个仲裁者（arbiterOnly: true），位于端口27019。仲裁者的角色是在选举新主节点时起到决定性的一票作用，但它不存储实际数据，也没有优先级，不参与数据复制。
11、设置副本节点可读
rs.slaveOk()
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五、测试副本集的数据读写操作
1、主节点测试
[root@localhost ~]# mongo --port 27017 myrs:PRIMARY> show dbs admin 0.000GB config 0.000GB local 0.000GB myrs:PRIMARY> use test1 switched to db test1 myrs:PRIMARY> db.q1.insert({"id":"1000","content":"学习部署副本集","userid":"001","name":"zhangsan","createdatatime":new Date(),"state":null}) WriteResult({ "nInserted" : 1 }) myrs:PRIMARY> db.q1.find().pretty() { "_id" : ObjectId("662fb0d727a6cea3c847b26e"), "id" : "1000", "content" : "学习部署副本集", "userid" : "001", "name" : "zhangsan", "createdatatime" : ISODate("2024-04-29T14:38:15.243Z"), "state" : null }
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2、副本节点测试
[root@localhost ~]# mongo --port 27018 myrs:SECONDARY> show dbs admin 0.000GB config 0.000GB local 0.000GB test1 0.000GB myrs:SECONDARY> use test1 switched to db test1 myrs:SECONDARY> show tables; q1 myrs:SECONDARY> db.q1.find().pretty() { "_id" : ObjectId("662fb0d727a6cea3c847b26e"), "id" : "1000", "content" : "学习部署副本集", "userid" : "001", "name" : "zhangsan", "createdatatime" : ISODate("2024-04-29T14:38:15.243Z"), "state" : null } myrs:SECONDARY> db.q1.insert({"id":"1001","content":"学习部署副本集","userid":"002","name":"lisi","createdatatime":new Date(),"state":null}) WriteCommandError({ "topologyVersion" : { "processId" : ObjectId("662fa148dfb1efa1f75795c3"), "counter" : NumberLong(4) }, "operationTime" : Timestamp(1714402027, 1), "ok" : 0, "errmsg" : "not master", "code" : 10107, "codeName" : "NotWritablePrimary", "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1714402027, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="), "keyId" : NumberLong(0) } } })
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无法写入数据
“errmsg” : “not master”
“codeName” : “NotWritablePrimary”
2.1、设置副本节点只能作为备份不能读取
#设置从节点有读取权限
rs.slaveOk()
# 取消从节点的数据读取权限
rs.slaveOk(false)
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3、仲裁节点不存放任何数据
[root@localhost ~]# mongo --port 27019 myrs:ARBITER> show dbs uncaught exception: Error: listDatabases failed:{ "topologyVersion" : { "processId" : ObjectId("662fa25360629ad0a0f05cc1"), "counter" : NumberLong(1) }, "ok" : 0, "errmsg" : "not master and slaveOk=false", "code" : 13435, "codeName" : "NotPrimaryNoSecondaryOk" } : _getErrorWithCode@src/mongo/shell/utils.js:25:13 Mongo.prototype.getDBs/<@src/mongo/shell/mongo.js:147:19 Mongo.prototype.getDBs@src/mongo/shell/mongo.js:99:12 shellHelper.show@src/mongo/shell/utils.js:937:13 shellHelper@src/mongo/shell/utils.js:819:15 @(shellhelp2):1:1 myrs:ARBITER> rs.slaveOk() WARNING: slaveOk() is deprecated and may be removed in the next major release. Please use secondaryOk() instead. myrs:ARBITER> show dbs uncaught exception: Error: listDatabases failed:{ "topologyVersion" : { "processId" : ObjectId("662fa25360629ad0a0f05cc1"), "counter" : NumberLong(1) }, "ok" : 0, "errmsg" : "node is not in primary or recovering state", "code" : 13436, "codeName" : "NotPrimaryOrSecondary" } : _getErrorWithCode@src/mongo/shell/utils.js:25:13 Mongo.prototype.getDBs/<@src/mongo/shell/mongo.js:147:19 Mongo.prototype.getDBs@src/mongo/shell/mongo.js:99:12 shellHelper.show@src/mongo/shell/utils.js:937:13 shellHelper@src/mongo/shell/utils.js:819:15 @(shellhelp2):1:1
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“errmsg” : “node is not in primary or recovering state”
仲裁节点（Arbiter）在MongoDB副本集中仅用于选举过程中的投票，并不存储数据
六、主节点的选举原则
1、主节点选举触发条件
-
MongoDB在副本集中，会自动进行主节点的选举，主节点选举的触发条件
-
主节点故障
-
主节点网络不可达（默认心跳信息为10秒）
-
人工干预（
rs.stepDown(600)）primary直接降级在600s内不会把自己选为primary
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一旦触发选举，就要根据一定规则来选择主节点。
2、选举规则
-
选举规则是根据票数来决定谁获胜
-
票数最高，且获得了“大多数”成员的投票支持的节点获胜。
-
"大多数"的定义为：假设复制集内投票成员时N，则大多数为N/2+1。例如：3个投票成员，则大多数的值是2。当复制集内存活成员数量不足大多数时，整个复制集将无法选举primary，复制集将无法提供写服务，处于只读状态。
-
若票数相同，且都获得了“大多数”成员的投票支持的，数据新的节点获胜。
-
数据的新旧是通过操作日志oplog来对比的。
-
-
在获得票数的时候，优先级（priority）参数影响重大。
-
可以通过设置优先级（priority）来设置额外票数。优先级即权重，取值为0-1000，相当于增加0-1000的票数，优先级的值越大，就越可能获得多数成员的投票（votes）数。指定较高的值可使成员更有资格成员主要成员，更低的值可使成员更不符合条件。
-
默认情况下，优先级的值是1
七、集群故障分析
1、主节点故障
- 从节点和仲裁节点对主节点的心跳失败，当失败超过10秒，此时因为没有主节点了，会自动发起投票。
- 而副本节点只有一台，因此，候选人只有一个就是副本节点，开始投票。
- 仲裁节点向副本节点投了一票，副本节点本身自带一票，因此共两票，超过了"大多数"。
- 27019是仲裁节点，没有选举权，27018不向其投票，其票数是0。
- 最终结果，27018成为主节点。具备读写功能。
- 再启动 27017主节点，发现27017变成了从节点，27018仍保持主节点。
- 登录27017节点，发现是从节点了，数据自动从27018同步。
- 此时：不影响正常使用
2、副本节点故障
- 主节点和仲裁节点对副本节点的心跳失败。因为主节点还在，因此，没有触发投票选举。
如果此时，在主节点写入数据。再启动从节点，会发现，主节点写入的数据，会自动同步给从节点。 - 此时：不影响正常使用
3、仲裁节点故障
- 主节点和副本节点对仲裁节点的心跳失败。因为主节点还在，因此，没有触发投票选举。
- 此时：不影响正常使用
4、主节点和仲裁节点故障
副本集中没有主节点了，导致此时，副本集是只读状态，无法写入。
因为27017的票数，没有获得大多数，即没有大于等于2，它只有默认的一票（优先级是1）
如果要触发选举，随便加入一个成员即可。
- 如果只加入 27019仲裁节点成员，则主节点一定是27017，因为没得选了，仲裁节点不参与选举，但参与投票。
- 如果只加入 27018节点，会发起选举。因为27017和27018都是两票，则按照谁数据新，谁当主节点。
此时：影响正常使用，需要处理
5、从节点和仲裁节点故障
10秒后，27017主节点自动降级为副本节点。（服务降级）
副本集不可写数据了，已经故障了。
此时：影响正常使用，需要处理
6、主节点和从节点故障
集群将处于不完全状态，无法执行写操作，因为剩余的副本节点不足以立即选出新的主节点（假设只剩一个副本节点和仲裁节点）。直到至少有一个额外的副本节点在线并同步，以便选举出新的主节点
此时：影响正常使用，需要处理
7、所有节点故障
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整个集群不可用，既不能执行读也不能执行写操作。
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这种情况需要手动干预，逐一排查并恢复各个节点，确保至少一个主节点和多数节点（包括仲裁节点）在线，以恢复集群服务。
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此时：影响正常使用，需要处理
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