一、復制集機制及原理

1 復制集的作用

• MongoDB 復制集的主要意義在于實作服務高可用

• 它的現實依賴于兩個方面的功能：
  1.資料寫入時將資料迅速復制到另一個獨立節點上
  2.在接受寫入的節點發生故障時自動選舉出一個新的替代節點

• 在實作高可用的同時，復制集實作了其他幾個附加作用：
  1.資料分發：將資料從一個區域復制到另一個區域，減少另一個區域的讀延遲
  2.讀寫分離：不同型別的壓力分別在不同的節點上執行
  3.異地容災：在資料中心故障時候快速切換到異地

2 典型復制集結構

• 一個典型的復制集由3個以上具有投票權的節點組成，包括：

1. 一個主節點（PRIMARY）：接受寫入操作和選舉時投票
2. 兩個（或多個）從節點（SECONDARY）：復制主節點上的新資料和選舉時投票
3. 不推薦使用 Arbiter（投票節點/仲裁節點）
   

3 資料是如何復制的？

• 當一個修改操作，無論是插入、更新或洗掉，到達主節點時，它對資料的操作將被記錄下來（經過一些必要的轉換），這些記錄稱為 oplog，

• 從節點通過在主節點上打開一個 tailable 游標不斷獲取新進入主節點的 oplog，并在自己的資料上回放，以此保持跟主節點的資料一致，

4 通過選舉完成故障恢復

• 具有投票權的節點之間兩兩互相發送心跳；
• 當5次心跳未收到時判斷為節點失聯；
• 如果失聯的是主節點，從節點會發起選舉，選出新的主節點；
• 如果失聯的是從節點則不會產生新的選舉；
• 選舉基于 RAFT一致性演算法 實作，選舉成功的必要條件是大多數投票節點存活；
• 復制集中最多可以有50個節點，但具有投票權的節點最多7個，

5 影響選舉的因素

• 整個集群必須有大多數節點存活；

• 被選舉為主節點的節點必須：

1. 能夠與多數節點建立連接
2. 具有較新的 oplog
3. 具有較高的優先級（如果有配置）

6 復制集節點常見選項

• 是否具有投票權（v 引數）：有則參與投票；
• 優先級（priority 引數）：優先級越高的節點越優先成為主節點，優先級為0的節點無法成為主節點；
• 隱藏（hidden 引數）：復制資料，但對應用不可見，隱藏節點可以具有投票僅，但優先級必須為0；
• 延遲（slaveDelay 引數）：復制 n 秒之前的資料，保持與主節點的時間差，

7 復制集注意事項

• 關于硬體：
  因為正常的復制集節點都有可能成為主節點，它們的地位是一樣的，因此硬體配置上盡可能一致；
  為了保證節點不會同時宕機，各節點使用的硬體必須具有獨立性，

• 關于軟體：
  復制集各節點軟體版本必須一致，以避免出現不可預知的問題，

• 增加節點不會增加系統寫性能！！！

二、搭建 MongoDB 復制集

搭建目標
本實驗中，我將通過在一臺機器上運行3個實體來搭建一個最簡單的復制集，我將會帶展示以下幾點：

• 如何啟動一個 MongoDB 實體
• 如何將3個 MongoDB 實體搭建成一個復制集
• 如何對復制集運行引數做一些常規調整

1 搭建準備

• 安裝最新的 MongoDB 版本

• Windows 系統請事先配置好 MongoDB 可執行檔案的環境變數

• Linux 和 Mac 系統請配置 PATH 變數

• 確保有 10GB 以上的硬碟空間

2 復制集節點創建

MongoDB 啟動時將使用一個資料目錄存放所有資料檔案，我們將為3個復制集節點創建各自的資料目錄，

2.1 在Linux原生環境下搭建

2.1.1 創建資料目錄

• mkdir -p /data/db{1,2,3}

2.1.2 準備組態檔

復制集的每個mongod行程應該位于不同的服務器，現在在一臺機器上運行3個行程，因此要為它們各自配置：

• 不同的埠，示例中將使用28017/28018/28019

• 不同的資料目錄，示例中將使用：
  /data/db1
  /data/db2
  /data/db3

• 不同日志檔案路徑，示例中將使用：
  /data/db1/mongod.log
  /data/db2/mongod.log
  /data/db3/mongod.log

• 在相應的資料目錄下創建以下mongod.conf檔案，注意：#注釋的代表那行是需要修改的

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

2.1.3 啟動 MongoDB 行程

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

注意：如果啟用了 SELinux，可能阻止上述行程啟動，簡單起見請關閉 SELinux，

如果以上步驟都已完成，那么離成功就差一小步了，跳到第三點查看復制集的配置，

2.2 在Windows下搭建

2.2.1 創建資料目錄

• md c:\data\db1
• md c:\data\db2
• md c:\data\db3

2.2.2 準備組態檔

復制集的每個mongod行程應該位于不同的服務器，現在在一臺機器上運行3個行程，因此要為它們各自配置：

• 不同的埠，示例中將使用28017/28018/28019

• 不同的資料目錄，示例中將使用：
  c:\data\db1
  c:\data\db2
  c:\data\db3

• 不同日志檔案路徑，示例中將使用：
  c:\data\db1\mongod.log
  c:\data\db2\mongod.log
  c:\data\db3\mongod.log

• 在相應的資料目錄下創建以下mongod.conf檔案，注意：#注釋的代表那行是需要修改的

# c:\data\db1\mongod.conf  
systemLog:
	destination: file
	path: c:\data1\mongod.log  # 日志檔案路徑
	logAppend: true
storage:
	dbPath: c:\data1 # 資料目錄
net:
	bindIp: 0.0.0.0
	port: 28017	# 埠
replication: 
	 replSetName: rs0

2.2.3 啟動 MongoDB 行程

mongod -f c:\data1\mongod.conf  
mongod -f c:\data2\mongod.conf  
mongod -f c:\data3\mongod.conf

因為 Windows 不支持 fork，以上命令需要在3個不同的視窗執行，執行后不可關閉視窗否則行程將直接結束，

3 配置復制集

# mongo --port 28017
> rs.initiate({
	_id: "rs0",  members: [{
		_id: 0,
		host: "localhost:28017"
		},{
		_id: 1,
		host: "localhost:28018"
		},{
		_id: 2,
		host: "localhost:28019"
}]

4 驗證

• MongoDB 主節點進行寫入

# mongo localhost:28017
> db.test.insert({ a:1 })
> db.test.insert({ a:2 });

• MongoDB 從節點進行讀

# mongo localhost:28018
> rs.slaveOk()
> db.test.find()