撸了今年阿里、头条和美团的面试,我有一个重要发现.......>>>
0.5372018.04.22 21:20:07字数 4283阅读 4842
1、分片目的
对于单台数据库服务器,庞大的数据量及高吞吐量的应用程序对它而言无疑是个巨大的挑战。频繁的CRUD操作能够耗尽服务器的CPU资源,快速的数据增长也会让硬盘存储无能为力,最终内存无法满足数据需要导致大量的I/O,主机负载严重。为了解决这种问题,对于数据库系统一般有两种方法:垂直扩展和分片(水平扩展)。
【垂直扩展】:添加更多的CPU和存储资源来增加系统性能。这种方式缺点是:拥有大量CPU和RAM资源的高端机器比普通PC机器昂贵得太多,而且单点故障会影响整个系统的服务。
【分片】:相反地,分片将大的数据集分配到多台主机上,每个分片是一个独立的数据库,这些分片整体上构成一个完整的逻辑数据库。分片减少了每台服务器上的数据操作量,随着集群的增长,每台分片处理越来越少的数据,结果,增加了系统整体服务能力。另外,分片还减少了每台服务器需要存储的数据量。
2、MongoDB中的分片
MongoDB通过配置分片集群来支持分片,一个分片集群包括以下几个组件:分片,查询路由,配置服务器
数据划分
MongoDB的数据划分,是以集合级别为标准。分片通过shard key来划分集合数据。
为了对集合分片,你需要指定一个shard key。shard key既可以是集合的每个文档的索引字段也可以是集合中每个文档都有的组合索引字段。MongoDB将shard keys值按照块(chunks)划分,并且均匀的将这些chunks分配到各个分片上。MongoDB使用基于范围划分或基于散列划分来划分chunks的。
MongoDB通过shard key值将数据集划分到不同的范围就称为基于范围划分。对于数值型的shard key:你可以虚构一条从负无穷到正无穷的直线(理解为x轴),每个shard key 值都落在这条直线的某个点上,然后MongoDB把这条线划分为许多更小的没有重复的范围成为块(chunks),一个chunk就是就某些最小值到最大值的范围。
MongoDB计算每个字段的hash值,然后用这些hash值建立chunks。
基于范围划分对于范围查询比较高效。假设在shard key上进行范围查询,查询路由很容易能够知道哪些块与这个范围重叠,然后把相关查询按照这个路线发送到仅仅包含这些chunks的分片。但是基于范围划分很容易导致数据不均匀分布,这样会削弱分片集群的功能。例如当shard key是个成直线上升的字段,如时间。那么,所有在给定时间范围内的请求都会映射到相同的chunk,也就是相同的分片上。这种情况下,小部分的分片将会承受大多数的请求,那么系统整体扩展并不理想。
相反的,基于散列划分是以牺牲高效范围查询为代价,它能够均匀的分布数据,散列值能够保证数据随机分布到各个分片上。
MongoDB允许DBA们通过标签标记分片的方式直接平衡数据分布策略,DBA可以创建标签并且将它们与shard key值的范围进行关联,然后分配这些标签到各个分片上,最终平衡器转移带有标签标记的数据到对应的分片上,确保集群总是按标签描述的那样进行数据分布。标签是控制平衡器行为及集群中块分布的主要方法
4、维持数据分布平衡
新加入的数据及服务器都会导致集群数据分布不平衡,MongoDB采用两种方式确保数据分布的平衡:
拆分是一个后台进程,防止块变得太大。当一个块增长到指定块大小的时候,拆分进程就会块一分为二,整个拆分过程是高效的。不会涉及到数据的迁移等操作。
平衡器是一个后台进程,管理块的迁移。平衡器能够运行在集群任何的mongd实例上。当集群中数据分布不均匀时,平衡器就会将某个分片中比较多的块迁移到拥有块较少的分片中,直到数据分片平衡为止。举个例子:如果集合users有100个块在分片1里,50个块在分片2中,那么平衡器就会将分片1中的块迁移到分片2中,直到维持平衡。
分片采用后台操作的方式管理着源分片和目标分片之间块的迁移。在迁移的过程中,源分片中的块会将所有文档发送到目标分片中,然后目标分片会获取并应用这些变化。最后,更新配置服务器上关于块位置元数据。
添加新分片到集群中会产生数据不平衡,因为新分片中没有块,当MongoDB开始迁移数据到新分片中时,等到数据分片平衡恐怕需要点时间。
当删除一个分片时,平衡器将会把分片中所有块迁移到另一个分片中,在完成这些迁移并更新元数据后,你就可以安全的删除分片了。
12.jpg
shard
每个shard包含分片数据的子集,每个shard可以部署一个副本集
一台机器的一个数据表 Collection1 存储了 1T 数据,压力太大了!在分给4个机器后,每个机器都是256G,则分摊了集中在一台机器的压力。也许有人问一台机器硬盘加大一点不就可以了,为什么要分给四台机器呢?不要光想到存储空间,实际运行的数据库还有硬盘的读写、网络的IO、CPU和内存的瓶颈。在mongodb集群只要设置好了分片规则,通过mongos操作数据库就能自动把对应的数据操作请求转发到对应的分片机器上。在生产环境中分片的片键可要好好设置,这个影响到了怎么把数据均匀分到多个分片机器上,不要出现其中一台机器分了1T,其他机器没有分到的情况,这样还不如不分片!13.jpg
mongos
MongoS充当一个查询的路由器,提供客户端应用程序和所述分片簇之间的接口,mongos作为数据库集群请求的入口,所有的请求都是通过mongos来进行协调的,不需要在应用程序添加一个路由选择器,mongos自己就是一个请求分发中心,它负责把对应的数据请求转发到对应的shard服务器上,在生产环境中通常有多个monogs作为请求的入口,防止其中一个挂掉所有mongos请求都没有办法操作config servers
为集群配置的服务器存储元数据和配置设置,从Mongodb3.4开始,配置服务器必须部署为复制集,mongos本身没有物理存储分片服务器和数据路由信息,只是缓存在内存当中,配置服务器则实际存储这些数据,mongos第一次启动或者关掉重启会从configserver中加载配置信息,以后如果配置信息有变化会通过所有的mongos更新自己的状态,这样mongs就能继续准确路由,在生产环境中通常有多个config server配置服务器,因为它存储了分片路由的元数据,如果就一个如果挂掉一个,整个mongodb基础就会挂掉。片键
14.png
sh.shardCollection()
sh.shardCollection(namespace, key)
2、哈希片键使用单字段的哈希索引进行数据在分片之间的平均分发,除数取余
和一致性哈希
3、被选为片键的字段必须有足够大的基数,或者有足够多的不同的值,对于单调的递增的字段如果ObjectID
或是时间戳,哈希索引效果更好
4、如果在一个空集合创建哈希片键,Mongodb会自动创建并迁移数据块,以保证每个分片上都有两个数据块,也可以执行shardCollection
指定numInitialChunks
参数以控制初始化时Mongodb创建数据块数目,或者手动调用split
命令在分片上分裂数据块
5、对使用了哈希片键分片的集合进行请求时,Mongodb会自动计算哈希值,应用不需要解析哈希值
配置config server 副本集
[root@My-Dev db2]# vim config1.conf
[root@My-Dev db1]# vim configsvr.conf
logpath=/home/mongodb/test/db1/log/db1.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db1/db1.pid
logappend=true
port=30000
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db1/data
configsvr=true # 在配置文件添加此项就行
oplogSize=512
replSet=config
[root@My-Dev db2]# vim config2.conf
logpath=/home/mongodb/test/db2/log/db2.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db2/db2.pid
logappend=true
port=30001
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db2/data
oplogSize=512
replSet=config
configsvr=true
[root@My-Dev db2]# vim config3.conf
logpath=/home/mongodb/test/db3/log/db3.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db3/db3.pid
logappend=true
port=30002
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db3/data
oplogSize=512
replSet=config
configsvr=true
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db1/config1.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 5260
child process started successfully, parent exiting
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db2/config2.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 5202
child process started successfully, parent exiting
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db3/config3.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 4260
child process started successfully, parent exiting
> use admin
switched to db admin
> config = { _id:"config",members:[ {_id:0,host:"conf1:30000"}, {_id:1,host:"conf2:30001"}, {_id:2,host:"conf3:30002"}] } #定义副本集
{
"_id" : "config",
"members" : [
{
"_id" : 0,
"host" : "conf1:30000"
},
{
"_id" : 1,
"host" : "conf2:30001"
},
{
"_id" : 2,
"host" : "conf3:30002"
}
]
}
> rs.initiate(config) #初始化副本集
{ "ok" : 1 }
配置mongos
config server
必须是复制集才行,结果我的版本是3.4最新的版本,所以说还需要添加两台confi server
[root@My-Dev db4]# vim mongos.conf
logpath=/home/mongodb/test/db4/log/db4.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db4/db4.pid
logappend=true
port=40004
fork=true
configdb=mongos/172.17.237.33:30000,172.17.237.34:30001,172.17.237.36:30002 #如果有多个mongo confi的话就用逗号分隔开
[root@My-Dev bin]# ./mongos -f /home/mongodb/test/db4/mongos.conf
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 6268
child process started successfully, parent exiting
shard2副本集集群部署
[root@My-Dev db8]# more shard21.conf
logpath=/home/mongodb/test/db8/log/db8.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db8/db8.pid
directoryperdb=true
logappend=true
port=60000
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db8/data
oplogSize=512
replSet=sha
shardsvr=true
[root@My-Dev db9]# more shard22.conf
logpath=/home/mongodb/test/db9/log/db9.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db9/db9.pid
directoryperdb=true
logappend=true
port=60001
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db9/data
oplogSize=512
replSet=sha
shardsvr=true
[root@My-Dev db10]# more shard23.conf
logpath=/home/mongodb/test/db10/log/db10.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db10/db10.pid
directoryperdb=true
logappend=true
port=60002
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db10/data
oplogSize=512
replSet=sha
shardsvr=true
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db8/shard21.conf
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db9/shard22.conf
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db10/shard23.conf
> use admin
switched to db admin
> sha = { _id:"sha",members:[ {_id:0,host:"sha1:60000"}, {_id:1,host:"sha2:60001"}, {_id:2,host:"sha3:60002"}]}
{
"_id" : "sha",
"members" : [
{
"_id" : 0,
"host" : "sha1:60000"
},
{
"_id" : 1,
"host" : "sha2:60001"
},
{
"_id" : 2,
"host" : "sha3:60002"
}
]
}
> rs.initiate(sha)
{ "ok" : 1 }
shard1副本集集群部署
[root@My-Dev db5]# vim shard1.conf
logpath=/home/mongodb/test/db5/log/db5.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db5/db5.pid
directoryperdb=true
logappend=true
port=50000
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db5/data
oplogSize=512
replSet=shard
shardsvr=true
[root@My-Dev db6]# vim shard2.conf
logpath=/home/mongodb/test/db6/log/db6.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db6/db6.pid
directoryperdb=true
logappend=true
port=50001
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db6/data
oplogSize=512
replSet=shard
shardsvr=true
[root@My-Dev db7]# vim shard3.conf
logpath=/home/mongodb/test/db7/log/db7.log
pidfilepath=/home/mongodb/test/db7/db7.pid
directoryperdb=true
logappend=true
port=50002
fork=true
dbpath=/home/mongodb/test/db7/data
oplogSize=512
replSet=shard
shardsvr=true
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db7/shard1.conf
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db7/shard2.conf
[root@My-Dev bin]# ./mongod -f /home/mongodb/test/db7/shard3.conf
> use admin
switched to db admin
> shard = { _id:"shard",members:[ {_id:0,host:"shard1:50000"}, {_id:1,host:"shard2:50001"}, {_id:2,host:"shard3:50002"}] }
{
"_id" : "shard",
"members" : [
{
"_id" : 0,
"host" : "shard1:50000"
},
{
"_id" : 1,
"host" : "shard2:50001"
},
{
"_id" : 2,
"host" : "shard3:50002"
}
]
}
> rs.initiate(shard)
{ "ok" : 1 }
分片配置
[root@My-Dev bin]# ./mongo mongos:40004 #登陆到mongos中
mongos> sh.status() #查看分片状态
--- Sharding Status ---
sharding version: {
"_id" : 1,
"minCompatibleVersion" : 5,
"currentVersion" : 6,
"clusterId" : ObjectId("589b0cff36b0915841e2a0a2")
}
shards:
active mongoses:
"3.4.1" : 1
autosplit:
Currently enabled: yes
balancer:
Currently enabled: yes
Currently running: no
Balancer lock taken at Wed Feb 08 2017 20:20:16 GMT+0800 (CST) by ConfigServer:Balancer
Failed balancer rounds in last 5 attempts: 0
Migration Results for the last 24 hours:
No recent migrations
databases:
#首先要登陆到shard副本集中查看那个是主节点,本次实验室使用了两个shard副本集 sh.addShard("<replSetName>/主节点IP/port")
mongos> sh.addShard("shard/shard1:50000")
{ "shardAdded" : "shard", "ok" : 1 }
mongos> sh.addShard("sha/sha:60000")
{ "shardAdded" : "shard", "ok" : 1 }
mongos> sh.status() #查看分片集群已经成功把shard加入分片中
--- Sharding Status ---
sharding version: {
"_id" : 1,
"minCompatibleVersion" : 5,
"currentVersion" : 6,
"clusterId" : ObjectId("589b0cff36b0915841e2a0a2")
}
shards:
{ "_id" : "sha", "host" : "sha/sha1:60000,sha2:60001,sha3:60002", "state" : 1 }
{ "_id" : "shard", "host" : "shard/shard1:50000,shard2:50001,shard3:50002", "state" : 1 }
active mongoses:
"3.4.1" : 1
autosplit:
Currently enabled: yes
balancer:
Currently enabled: yes
Currently running: no
Balancer lock taken at Wed Feb 08 2017 20:20:16 GMT+0800 (CST) by ConfigServer:Balancer
Failed balancer rounds in last 5 attempts: 5
Last reported error: Cannot accept sharding commands if not started with --shardsvr
Time of Reported error: Thu Feb 09 2017 17:42:21 GMT+0800 (CST)
Migration Results for the last 24 hours:
No recent migrations
databa
mongos> sh.enableSharding("zhao") #指定zhao数据库中使用分片
{ "ok" : 1 }
mongos> sh.shardCollection("zhao.call",{name:1,age:1}) #在zhao数据库和call集合中创建了name和age为升序的片键
{ "collectionsharded" : "zhao.call", "ok" : 1 }
sh.status()
信息mongos> sh.status()
--- Sharding Status ---
sharding version: {
"_id" : 1,
"minCompatibleVersion" : 5,
"currentVersion" : 6,
"clusterId" : ObjectId("589b0cff36b0915841e2a0a2")
}
shards:
{ "_id" : "sha", "host" : "sha/sha1:60000,sha2:60001,sha3:60002", "state" : 1 }
{ "_id" : "shard", "host" : "shard/shard1:50000,shard2:50001,shard3:50002", "state" : 1 }
active mongoses:
"3.4.1" : 1
autosplit:
Currently enabled: yes
balancer:
Currently enabled: yes
Currently running: no
Balancer lock taken at Wed Feb 08 2017 20:20:16 GMT+0800 (CST) by ConfigServer:Balancer
Failed balancer rounds in last 5 attempts: 5
Last reported error: Cannot accept sharding commands if not started with --shardsvr
Time of Reported error: Thu Feb 09 2017 17:56:02 GMT+0800 (CST)
Migration Results for the last 24 hours:
No recent migrations
databases:
{ "_id" : "zhao", "primary" : "shard", "partitioned" : true }
zhao.call
shard key: { "name" : 1, "age" : 1 }
unique: false
balancing: true
chunks:
shard 1
{ "name" : { "$minKey" : 1 }, "age" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 }, "age" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard Timestamp(1, 0)
mongos> for ( var i=1;i<10000000;i++){db.call.insert({"name":"user"+i,age:i})};
mongos> sh.status()
--- Sharding Status ---
sharding version: {
"_id" : 1,
"minCompatibleVersion" : 5,
"currentVersion" : 6,
"clusterId" : ObjectId("589b0cff36b0915841e2a0a2")
}
shards:
{ "_id" : "sha", "host" : "sha/sha1:60000,sha2:60001,sha3:60002", "state" : 1 }
{ "_id" : "shard", "host" : "shard/shard1:50000,shard2:50001,shard3:50002", "state" : 1 }
active mongoses:
"3.4.1" : 1
autosplit:
Currently enabled: yes
balancer:
Currently enabled: yes
Currently running: no
Balancer lock taken at Wed Feb 08 2017 20:20:16 GMT+0800 (CST) by ConfigServer:Balancer
Failed balancer rounds in last 5 attempts: 5
Last reported error: Cannot accept sharding commands if not started with --shardsvr
Time of Reported error: Thu Feb 09 2017 17:56:02 GMT+0800 (CST)
Migration Results for the last 24 hours:
4 : Success
databases:
{ "_id" : "zhao", "primary" : "shard", "partitioned" : true }
zhao.call
shard key: { "name" : 1, "age" : 1 }
unique: false
balancing: true
chunks: #数据已经分片到两个chunks里面了
sha 4
shard 5
{ "name" : { "$minKey" : 1 }, "age" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "name" : "user1", "age" : 1 } on : sha Timestamp(4, 1)
{ "name" : "user1", "age" : 1 } -->> { "name" : "user1", "age" : 21 } on : shard Timestamp(5, 1)
{ "name" : "user1", "age" : 21 } -->> { "name" : "user1", "age" : 164503 } on : shard Timestamp(2, 2)
{ "name" : "user1", "age" : 164503 } -->> { "name" : "user1", "age" : 355309 } on : shard Timestamp(2, 3)
{ "name" : "user1", "age" : 355309 } -->> { "name" : "user1", "age" : 523081 } on : sha Timestamp(3, 2)
{ "name" : "user1", "age" : 523081 } -->> { "name" : "user1", "age" : 710594 } on : sha Timestamp(3, 3)
{ "name" : "user1", "age" : 710594 } -->> { "name" : "user1", "age" : 875076 } on : shard Timestamp(4, 2)
{ "name" : "user1", "age" : 875076 } -->> { "name" : "user1", "age" : 1056645 } on : shard Timestamp(4, 3)
{ "name" : "user1", "age" : 1056645 } -->> { "name" : { "$maxKey" : 1 }, "age" : { "$maxKey" : 1 } } on : sha Timestamp(5, 0)
true
是均匀的
,false
不是均匀的mongos> sh.getBalancerState()
true
选择sharing kes'
注意点
shard
和移除shard
mongos> sh.addShard("sha4/192.168.2.10:21001")
Balancer
mongos> sh.startBalancer()
#设置时间窗口
db.settings.update({ _id : "balancer" }, { $set : { activeWindow : { start : "23:00", stop : "6:00" } } }, true )
# 查看Balancer时间窗口
mongos> db.settings.find();
{ "_id" : "balancer", "activeWindow" : { "start" : "23:00", "stop" : "6:00" }, "stopped" : false }
mongos> sh.getBalancerWindow()
{ "start" : "23:00", "stop" : "6:00" }
mongos> db.settings.update({ "_id" : "balancer" }, { $unset : { activeWindow : 1 }});
mongos> db.settings.find();
{ "_id" : "chunksize", "value" : 10 }
{ "_id" : "balancer", "stopped" : false }
在shell脚本中执行mongodb
[root@My-Dev ~]# echo -e "use zhao \n db.call.find()" |mongo --port 60001
Mongodb片键的添加
mongos> use admin
switched to db admin
mongos> db.runCommand({"enablesharding":"zl"}) #创建zl库中
{ "ok" : 1 }
mongos> db.runCommand(db.runCommand({"shardcollection":"$ent.t_srvappraise_back","key")
#!/bin/bash
url=10.241.96.155
port=30000
ent=test1
./mongo $url:$port/admin <<EOF
db.runCommand({"enablesharding":"$ent"});
db.runCommand({"shardcollection":"$ent.t_srvappraise_back","key":{"sa_seid":"hashed"}})
exit;
EOF
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