MongoDB复制集原理、搭建及复制集简单维护

##一、MongoDB复制集原理
###（一）复制集简介
Mongodb复制集由一组Mongod实例（进程）组成，包含一个Primary节点和多个Secondary节点，Mongodb Driver（客户端）的所有数据都写入Primary，Secondary从Primary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，提供数据的高可用。
下图（图片源于云栖社区）是一个典型的Mongdb复制集，包含一个Primary节点和2个Secondary节点。

MongoDB复制集具有如下四个特点：
1.主是唯一的，但不是固定的。整个复制集中只有一个主节点，其余为从节点或选举节点，但是因为MongoDB具有自动容灾的功能，所以当唯一的主节点发生宕机时会从从节点的Priority参数不为0当中选举一个为主节点，所以说主是唯一的，但不是固定的。
2.由大多数据原则保证数据的一致性。即MongoDB复制集内投票成员（参数Vote不为0的其他成员具有选举权，在2.6版本后不能设置Vote大于1，即只能投票一次）数量为N，则大多数为 N/2 + 1，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出Primary，复制集将无法提供写服务，处于只读状态。通常建议将复制集成员数量设置为奇数。
3.从库无法写入。MongoDB复制集中只有主节点可以Writes，主节点和从节点可以Read。
4.相对于传统的主从结构，复制集可以自动容灾。即当某个主节点宕机后会自动从从节点（Priority大于0的从节点）中选举出一个作为新的主节点，而某个从节点宕机后能继续正常工作。
###（二）复制集节点介绍
MongoDB按功能可分为主节点、从节点（隐藏节点、延时节点、“投票”节点）和选举节点。

节点名	说明
主节点(Primary)	可以提供读Writes/Read的节点，整个复制集中只有一个主节点。
隐藏节点(Hidden)	提供Read并对程序不可见的节点。
延时节点(Delayed)	提供Read并能够延时复制的节点。
“投票”节点(Priority)	提供Read并具有投票权的节点。
选举节点(Arbiter)	Arbiter节点，无数据，仅作选举和充当复制集成员。又成为投票节点。

Primary节点：复制集通过replSetInitiate命令（或mongo shell的rs.initiate()）进行初始化，初始化后各个成员间开始发送心跳消息，并发起Priamry选举操作，获得『大多数』成员投票支持的节点，会成为Primary，其余节点成为Secondary。
Secondary节点：正常情况下，复制集的Seconary会参与Primary选举（自身也可能会被选为Primary），并从Primary同步最新写入的数据，以保证与Primary存储相同的数据。Secondary可以提供读服务，增加Secondary节点可以提供复制集的读服务能力，同时提升复制集的可用性。另外，Mongodb支持对复制集的Secondary节点进行灵活的配置，以适应多种场景的需求。
Arbiter节点：Arbiter节点只参与投票，不能被选为Primary，并且不从Primary同步数据。比如你部署了一个2个节点的复制集，1个Primary，1个Secondary，任意节点宕机，复制集将不能提供服务了（无法选出Primary），这时可以给复制集添加一个Arbiter节点，即使有节点宕机，仍能选出Primary。Arbiter本身不存储数据，是非常轻量级的服务，当复制集成员为偶数时，最好加入一个Arbiter节点，以提升复制集可用性。
Priority节点：默认为1，Priority参数设置范围在0-1000的整数值。Priority0节点的选举优先级为0，永远不会被选举为Primary。
Vote节点：Vote默认为1，Vote参数的值在2.6版本后只能设置为0或1。Mongodb 3.0里，复制集成员最多50个，参与Primary选举投票的成员最多7个，其他成员的vote属性必须设置为0，即不参与投票。Vote设置为0时永远没有投票权。
Hidden节点：Hidden节点不能被选为主（因为Priority为0），并且对Driver不可见。因Hidden节点不会接受Driver的请求，可使用Hidden节点做一些数据备份、离线计算的任务，不会影响复制集的服务。
Delayed节点：delayed的配置受到opolg的影响。Delayed节点必须是Hidden节点，并且其数据落后与Primary一段时间（可配置，比如1个小时）。因Delayed节点的数据比Primary落后一段时间，当错误或者无效的数据写入Primary时，可通过Delayed节点的数据来恢复到之前的时间点。

##二、MongoDB复制集搭建

###（一）MongoDB配置文件配置
首先要下载MongoDB并解压安装，这里限于篇幅就不多说，参考
文章：https://blog.csdn.net/qq_24598601/article/details/81071586
然后修改每一个MongoDB的配置文件mongo.config，增加参数replSet，参数的值随便起，我给的是rs0，最后保存。附上代码：

#ip绑定，限制ip访问
bind_ip=127.0.0.1#端口
port=20001#数据库配置路径
dbpath=D:\MongoDB\data#日志文件配置
logpath=D:\MongoDB\log\mongo.log#设置日志为追加的方式写日志
logappend=true#启用身份认证
#auth=true#复制集名称
replSet=rs0

###（二）MongoDB服务启动
然后启动MongoDB服务，已经启动了的需要重启，具体启动方法我在前一篇文章中已经有细说，如果不懂的可以评论留言。
文章地址：https://blog.csdn.net/qq_24598601/article/details/81071586

###（三）MongoDB复制集配置文件配置
服务启动后我们就可以正式配置复制集启动了。第一步我们连接到MongoDB：

mongo 127.0.0.1:20001/admin

因为我们在前面的配置文件中使用了bind_ip参数绑定了ip，所以只能这么登陆，然后后面的admin是指定连接的数据库，如果不指定默认连接到test库。
第二步，编写复制集配置文件配置，然后回车运行

config = {"_id":"rs0","members":[{"_id":0,host:"127.0.0.1:20001"},{"_id":1,host:"127.0.0.1:20002"},{"_id":2,host:"127.0.0.1:20003"}]
}

其中第一个“_id”为复制集的ID标识，即"_id":“rs0”；第二个“_id”是复制集内成员的标识，即"_id":0。效果图：

###（四）MongoDB复制集初始化启动
第三步：初始化复制集,命令如下：

 rs.initiate(config)

请注意编写代码前的”>符号的变化，在没有配置好复制集之前只有”>“，初始化后有”rs0:SECONDARY>“了，SECONDARY表示该节点是从节点，PRIMARY表示该节点是主节点。接下来我们可以使用命令来查看复制集状态：

rs.status()

我们现在已经完成了复制集的搭建。
还有一种初始化的方法，就是先只初始化一个节点，然后再通过命令rs.add("ip:port")来添加从节点或通过命令rs.addArb("ip:port")来添加投票节点。
###（五）验证MongoDB复制集
接下来我们需要验证一下复制集的数据同步，我在主节点（127.0.0.1:20001）上的test库加了collection集合为test2的数据。命令：

use test
db.test2.insert("x":1)

首先登陆另一个从节点（127.0.0.1:20002）命令：mongo 127.0.0.1:20002/admin

然后使用命令show dbs查看数据库会报错，这时我们需要运行命令:

rs.slaveOk()

然后再运行show dbs就可以了，这是因为从节点默认不能操作数据。
最后我们运行命令：

use test
db.test2.find()

MongoDB复制集数据同步就完成了。如果感兴趣，可以继续验证复制集故障迁移(自动容灾)，可以将主节点进行模拟宕机（关闭主节点的服务），然后你就会看到另外从节点就变成了主节点。log日志中有详情记录。
##三、MongoDB复制集维护
###（一）MongoDB复制集配置文件参数介绍
在上面我们只用到了复制集的_id和host参数，下面还有一些常用参数，我简单的介绍一下，通过这些参数我们可以很好的管理和搭建更好的复制集，在实际生成环境下，不建议经常去更改这些参数，以免引起程序未知的错误。

参数名称	取值类型	说明
_id	整数	节点的唯一标识。
host	字符串	节点的IP地址，包含端口号。
arbiterOnly	布尔值	是否为投票节点，默认是false。是设置投票(选举)节点有关的参数
priority	整数	选举为主节点的权值，默认是1，范围0-1000。
hidden	布尔值	是否隐藏，默认false，是设置隐藏节点有关的参数。
votes	整数	投票数，默认为1，取值是0或1，是设置”投票“节点有关的参数。
slaveDelay	整数	延时复制，是设置延时节点有关的参数。单位秒(s)

###（二）MongoDB复制集简单维护
我们可以通过修改上面这些参数来进行复制集的维护；首先登陆到主节点mongo 127.0.0.1:20001/admin,因为只能在主节点上操作。
1.增加从节点
rs.add(“ip:port”)
rs.add({"_id":4,“host”:“ip:port”,“priority”:1,“hidden”:false})
2.增加投票节点
rs.addArb(“ip;port”)
rs.addArb({"_id":5,“host”:“ip:port”})
rs.add({’_id’:5,“host”:“new_node:port”,“arbiterOnly”:true})
3.删除节点
rs.remove(“ip;port”)
4.修改节点参数
(1)config = rs.conf()
(2)config.members[i].参数 = 值
(3)rs.reconfig(config, {“force”:true})或rs.reconfig(config），前面是强制重新配置
5.主节点降级
rs.stepDown(整数)，意思是在整数秒内降级
6.查看配置文件
rs.conf()
7.查看复制集状态
rs.status()
还有很多很多维护事项。
注：
要设置某节点为隐藏节点需要设置参数hidden为true及priority参数值为0；
设置某节点为”投票“节点不需要设置，默认就是，但要设置它不是”投票“节点需要设置参数votes为0；
设置某节点为延时节点就需要设置参数slaveDelay；
如果将某节点要设置为投票节点，则需要设置参数arbiterOnly为true，但是如果是已经是从节点了再要改成投票节点就需要先remove掉，再用相应的方法添加。

注意：
修改副本集成员配置时的限制：

不能修改_id；
不能将接收rs.reconfig命令的成员的优先级设置为 0；
不能将仲裁者成员(投票节点或选举节点)变为非仲裁者成员(从节点)，不能将非仲裁者成员(从节点)变为仲裁者成员(投票节点或选举节点)；
不能将 buildIndexes：false 改为 true；

##四、关于MongoDB复制集待思考问题，欢迎留言评论
1. 复制集的安全问题怎么解决？
2. 在生产环境中怎么样去配置高可用的复制集？

参考文章：

[1] MongoDB复制集原理：http://www.mongoing.com/archives/2155

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