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輕鬆掌握元件啟動之MongoDB（上）：高可用複製集架構環境搭建

2023-10-16 12:01:18

MongoDB複製集

複製集架構

在生產環境中，強烈不建議使用單機版的MongoDB伺服器。原因如下：

單機版的MongoDB無法保證系統的可靠性。一旦程序發生故障或是伺服器宕機，業務將直接不可用。此外，一旦伺服器上的磁碟損壞，資料會直接丟失，而此時並沒有任何副本可用。

為了確保資料的高可用性和冗餘性，我們建議使用Mongodb複製集（Replication Set）。複製集由一組Mongod範例（程序）組成，其中包含一個Primary節點和多個Secondary節點。所有的資料寫入操作都會被寫入Primary節點，並且Secondary節點會從Primary節點同步寫入的資料，以保持複製集內所有成員儲存相同的資料集。這樣可以提供資料的高可用性。複製集的功能依賴於兩個方面：

  1. 資料寫入時將資料迅速複製到另一個獨立節點上，確保資料的冗餘性和可用性。
  2. 在接受寫入的節點發生故障時，系統能夠自動選舉出一個新的替代節點，以確保系統的連續性和可用性。

在實現高可用性的同時，Mongodb複製集還具有其他幾個附加作用：

資料分發：複製集可以將資料從一個區域複製到另一個區域，從而減少另一個區域的讀取延遲。

讀寫分離：複製集還支援讀寫分離的功能。通過將不同型別的壓力分別在不同的節點上執行，可以有效地分擔系統的負載。

異地容災：複製集還可以實現異地容災。在資料中心發生故障時，可以快速切換到異地部署的節點。

早期版本的MongoDB使用了一種Master-Slave的架構，該做法在MongoDB 3.4版本之後已經廢棄。因為Master-Slave 其中Master 宕機後不能自動恢復，只能靠人為操作，可靠性也差，操作不當就存在丟資料的風險。

三節點複製集模式

常見的複製集架構通常由3個成員節點組成，其中存在幾種不同的模式，具體取決於設定和需求。

PSS模式（官方推薦模式）

在常見的複製集架構中，PSS（Primary+Secondary+Secondary）模式是一種常見的設定，它由一個主節點和兩個備節點組成。

在這種模式下，如果主節點不可用，複製集會智慧地選擇其中一個備節點作為新的主節點，並繼續正常的操作。這種自動切換的機制確保了系統的連續性和可用性，同時減少了資料丟失的風險。舊的主節點在可用時重新加入複製集。

PSA模式

PSA（Primary+Secondary+Arbiter）模式是一種常見的架構設定。它由一個主節點、一個備節點和一個仲裁者節點組成。

在這種PSA模式下，Arbiter節點的主要作用是作為一個仲裁者來參與選舉投票。它不儲存資料副本，也不提供實際的業務讀寫操作。因此，即使Arbiter節點發生故障，也不會對業務產生直接影響，只會影響選舉投票過程。主節點負責處理所有的業務讀寫操作，並且有一個完整的資料副本。備節點也儲存了一個完整的資料副本，並在主節點故障時承擔主節點的角色。而Arbiter節點則參與選舉投票，幫助複製集在主節點發生故障時選擇一個新的主節點。

典型三節點複製集環境搭建

即使只有一臺伺服器，以單節點模式啟動複製集也是一個值得考慮的選擇。

  • 單機多範例啟動複製集
  • 單節點啟動複製集

複製集註意事項

關於硬體:

  • 由於正常的複製集節點都有可能成為主節點，它們的地位是相等的。因此，為了確保系統的穩定性，必須確保各節點的硬體設定保持一致。
  • 為了避免多個節點同時宕機，每個節點使用的硬體必須具有獨立性。這樣可以保證即使一個節點宕機，其他節點仍然可以正常工作，確保系統的連續性和可靠性。

關於軟體:

  • 在複製集中，每個節點的軟體版本必須保持一致，這樣可以避免出現無法預料的問題。
  • 值得注意的是，增加節點並不會提高系統的寫入效能。

環境準備:

  • 安裝 MongoDB並正確設定好環境變數
  • 確保你的計算機硬碟上有充足的空間，至少需要10GB或更多的可用空間。

準備組態檔

為了實現複製集的最佳效能和可靠性，建議將複製集的每個mongod程序部署在不同的伺服器上。目前我們在一臺機器上執行3個程序，因此需要對它們進行以下設定：

  • 設定不同的埠：（28017/28018/28019）
  • 設定不同的資料目錄：
mkdir ‐p /data/db1
mkdir ‐p /data/db2
mkdir ‐p /data/db3
  • 設定不同的紀錄檔檔案路徑：(例如：/data/db1/mongod.log)

建立組態檔 /data/db1/mongod.conf 時，你可以進行以下設定：

# /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

我們可以按照以上步驟修改埠和路徑，分別設定 db2 和 db3。請確保組態檔使用 YAML 格式。

啟動 MongoDB 程序

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，可能阻止上述程序啟動。簡單起見請關閉 SELinux。

# 永久關閉,將SELINUX=enforcing改為SELINUX=disabled,設定後需要重啟才能生效
vim /etc/selinux/config
# 檢視SELINUX
/usr/sbin/sestatus ‐v

總結

在本文中，我們介紹了MongoDB複製集的架構和特點。我們強調了在生產環境中使用單機版MongoDB的風險，並推薦使用複製集來保證資料的高可用性和冗餘性。

複製集由一組Mongod範例組成，其中包含一個Primary節點和多個Secondary節點。所有的資料寫入操作都會被寫入Primary節點，並且Secondary節點會從Primary節點同步寫入的資料，以保持複製集內所有成員儲存相同的資料集。

最後，我們提供了在典型三節點複製集環境中搭建的步驟和注意事項，包括準備組態檔和啟動MongoDB程序。下一章節我們將講解如何設定複製集和叢集安全驗證及其連線方式。