MongoDB分片集群部署及实践

news2024/9/21 17:46:24

文章目录

  • MongoDB分片集群部署及实践
  • 一、前言
  • 二、了解分片集群
    • 1.简介
    • 2.分片集群组件
    • 3.副本集模式
  • 三.安装部署
    • 1.分片集群环境
    • 2.安装
      • 1）CPU 检测
      • 2）修改机器名称
      • 3）配置 hosts 文件
      • 4）配置防火墙
      • 5）创建目录
      • 6）安装 MongoDB
    • 3.Config Server 配置
      • 1）mgd-config-01 机器
      • 2）mgd-config-02 机器
      • 3）mgd-config-03 机器
      • 4）配置config副本集
    • 4.Shard1 配置
      • 1）mgd-shard-01 机器
      • 2）mgd-shard-02 机器
      • 3）mgd-shard-03 机器
      • 4）配置shard1副本集
    • 5.Shard2 配置
      • 1）mgd-shard-04 机器
      • 2）mgd-shard-05 机器
      • 3）mgd-shard-06 机器
      • 4）配置shard2副本集
    • 6.Mongos 配置
      • 1）mgd-mongos-01 机器
      • 2）mgd-mongos-02 机器
      • 3）配置分片集群
    • 7.测试分片集群
  • 三、监控
    • 安装
    • 说明
  • 四、性能测试
    • 安装
    • 使用
  • 五、应用实践
    • 1.分片键
    • 2.索引
    • 3.分片集群平衡器
    • 4.节点数据修复
    • 5.节点间数据拷贝
    • 6.内存淘汰策略
    • 7.节点内存释放
    • 8.运维

MongoDB分片集群部署及实践

一、前言

  • 部署环境：CentOS-7-x86_64-DVD-1804.iso
  • 监控环境：windows 10
  • MongoDB版本：5.0.9
  • 官方

MongoDB 下载：https://www.mongodb.com/download-center/community/releases/archive

MongoDB 词汇表：https://www.mongodb.com/docs/manual/reference/glossary

MongoDB 副本集：https://www.mongodb.com/docs/manual/replication/

MongoDB 分片：https://www.mongodb.com/docs/manual/sharding/

MongoDB 存储 - 常见问题：https://www.mongodb.com/docs/manual/faq/storage/

MongoDB Database Tools：https://www.mongodb.com/docs/database-tools/

mongostat：https://www.mongodb.com/docs/database-tools/mongostat/

性能最佳实践：https://www.mongodb.com/blog/post/performance-best-practices-hardware-and-os-configuration

  • 技术分享

千亿级数据迁移mongodb成本节省及性能优化实践：https://zhuanlan.zhihu.com/p/382398295

MongoDB 备份与恢复：https://www.runoob.com/mongodb/mongodb-mongodump-mongorestore.html

CentOS 基础操作命令：https://blog.csdn.net/u011424614/article/details/94555916

对换home分区与root分区的存储空间：https://blog.csdn.net/u011424614/article/details/125853913

CentOS 分区扩容：https://blog.csdn.net/u011424614/article/details/113275862

Dell R740安装CentOS：https://blog.csdn.net/u011424614/article/details/113306808

二、了解分片集群

1.简介

  • 分片是一种跨多台机器分布数据的方法。MongoDB 使用分片来支持具有非常大的数据集和高吞吐量操作的部署
  • 分片优势：
  1. 读和写：提升读和写的性能
  2. 存储容量：实现水平扩容
  3. 高可用：各组件集群部署，实现高可用

2.分片集群组件

  • config servers（配置服务）：存储集群的元数据和配置设置。从 MongoDB 3.4 开始，配置服务器必须部署为副本集 (CSRS)
  • shard（分片）：存储数据。从 MongoDB 3.6 开始，分片必须部署为副本集
  • mongos（查询路由）：为客户端应用程序和分片集群之间提供接口

在这里插入图片描述

3.副本集模式

  • 副本集成员的最小数量是三个成员
  • Primary（主节点）：主节点是副本集中唯一接收写入操作的成员，从节点通过 oplog 同步数据
  • Secondary（从节点）：同步复制主节点的数据，实现高可用的特性；从节点的所有成员都可以接受读取操作，但是默认情况下，应用程序会将其读取操作定向到主节点
  • Arbiter（仲裁者）：仲裁者只在选举中投票；仲裁者不会存储数据，也不能成为主节点

（1）一主两从（PSS）

  • 三个数据存储节点

  • 如果主节点不可用，则副本集选择某个从节点作为主节点，并继续正常操作。旧的主节点在可用时，可重新加入到副本集

在这里插入图片描述

（2）一主一从一仲裁（PSA）

  • 两个数据存储节点
  • 主节点、从节点和仲裁者的部署，可确保在主节点或从节点不可用时，副本集仍然可用
  • 仲裁者消耗非常少的服务器资源

一主一从一仲裁

三.安装部署

1.分片集群环境

  • config server 副本集（3台机器） 、2个 shard（每个分片3台机器=6台机器）、2 个 mongos （2台机器）

  • 资源占用情况

  1. config server 副本集：主要存储路由相关元数据，会消耗少量硬盘、内存和CPU
  2. mongos：主要负责路由转发，只消耗CPU，对内存和硬盘的性能要求不高
  3. shard：主要进行数据存储等一系列数据操作，对CPU、内存和硬盘的性能要求较高
  4. shard 副本集（PSA模式）的 arbiter：只在选举中投票，对CPU、内存和硬盘的性能都要求不高
  • 表格的硬件配置仅供参考，以实际为准
角色机器名IP端口内存 (GB)CPU (核)硬盘
config servermgd-config-01192.168.2.11270188850 G
config servermgd-config-02192.168.2.12270188850 G
config servermgd-config-03192.168.2.13270188850 G
shard【shard1】mgd-shard-01192.168.2.142701964164 T
shard【shard1】mgd-shard-02192.168.2.152701964164 T
shard【shard1】mgd-shard-03192.168.2.162701964164 T
shard【shard2】mgd-shard-04192.168.2.172702064164 T
shard【shard2】mgd-shard-05192.168.2.182702064164 T
shard【shard2】mgd-shard-06192.168.2.192702064164 T
mongosmgd-mongos-01192.168.2.20270178820 G
mongosmgd-mongos-02192.168.2.21270178820 G
  • 参考《性能最佳实践：硬件和操作系统配置》

  1. 为了获取最佳性能，每个机器应该只运行一个 MongoDB 进程

  2. 通过使用虚拟化或容器技术进行适当的大小调整和资源分配，多个 MongoDB 进程可以安全地在单个物理服务器上运行，而无需争抢资源

  3. 用户在同一主机上部署多个 MongoDB 进程。在这种情况下，您必须进行多项配置更改以确保每个进程都有足够的资源

  • 节省成本的方案（减少机器数量）
  1. 使用 6 台高性能机器部署 PSS 模式的 shard ，config server 和 mongos 组件使用虚拟化或容器技术进行部署
  2. 使用 4 台高性能机器部署 PSA 模式的 shard ，shard 的仲裁者、config server 和 mongos 组件使用虚拟化或容器技术进行部署
  3. 全部组件使用虚拟化或容器技术进行部署

2.安装

  • 安装目录：/data/mongodb
  • 分片集群组件的配置和数据目录：/data/mongdb/cluster

1）CPU 检测

  • 检测 CPU 是否支持 AVX 指令集
grep avx /proc/cpuinfo
  • 输出标红的 avx 字符即为支持，否则无法正常启动 MongoDB

2）修改机器名称

如果机器 IP 变化后，更新 hosts 映射文件即可；MongoDB 配置文件使用机器名进行绑定

  • 分别在相应的机器上执行指令
#-- mgd-config-01
hostnamectl set-hostname mgd-config-01 --static
hostnamectl set-hostname mgd-config-01 --transient
#-- mgd-config-02
hostnamectl set-hostname mgd-config-02 --static
hostnamectl set-hostname mgd-config-02 --transient
#-- mgd-config-03
hostnamectl set-hostname mgd-config-03 --static
hostnamectl set-hostname mgd-config-03 --transient
#-- mgd-shard-01
hostnamectl set-hostname mgd-shard-01 --static
hostnamectl set-hostname mgd-shard-01 --transient
#-- mgd-shard-02
hostnamectl set-hostname mgd-shard-02 --static
hostnamectl set-hostname mgd-shard-02 --transient
#-- mgd-shard-03
hostnamectl set-hostname mgd-shard-03 --static
hostnamectl set-hostname mgd-shard-03 --transient
#-- mgd-shard-04
hostnamectl set-hostname mgd-shard-04 --static
hostnamectl set-hostname mgd-shard-04 --transient
#-- mgd-shard-05
hostnamectl set-hostname mgd-shard-05 --static
hostnamectl set-hostname mgd-shard-05 --transient
#-- mgd-shard-06
hostnamectl set-hostname mgd-shard-06 --static
hostnamectl set-hostname mgd-shard-06 --transient
#-- mgd-mongos-01
hostnamectl set-hostname mgd-mongos-01 --static
hostnamectl set-hostname mgd-mongos-01 --transient
#-- mgd-mongos-02
hostnamectl set-hostname mgd-mongos-02 --static
hostnamectl set-hostname mgd-mongos-02 --transient
  • 查询状态
hostnamectl status

3）配置 hosts 文件

  • 在全部机器上执行
cat > /etc/hosts <<EOF
127.0.0.1   localhost localhost.localdomain localhost4 localhost4.localdomain4
::1         localhost localhost.localdomain localhost6 localhost6.localdomain6
192.168.2.11 mgd-config-01
192.168.2.12 mgd-config-02
192.168.2.13 mgd-config-03
192.168.2.14 mgd-shard-01
192.168.2.15 mgd-shard-02
192.168.2.16 mgd-shard-03
192.168.2.17 mgd-shard-04
192.168.2.18 mgd-shard-05
192.168.2.19 mgd-shard-06
192.168.2.20 mgd-mongos-01
192.168.2.21 mgd-mongos-02
EOF

4）配置防火墙

  • 当前环境为关闭防火墙的方式；生产环境请使用配置端口的方式，操作参考《CentOS 基础操作命令》
  • 在全部机器上执行
#-- 禁用防火墙
systemctl stop firewalld.service
systemctl disable firewalld.service

#-- 防火墙状态
systemctl status firewalld.service

#-- （备用-可忽略）启用防火墙
systemctl enable firewalld.service
systemctl start firewalld.service

5）创建目录

  • mgd-config-01 至 mgd-config-03 的 3 台机器上执行
mkdir -p /data/mongodb/cluster/config/{data,logs}
  • mgd-shard-01 至 mgd-shard-03 的 3 台机器上执行
mkdir -p /data/mongodb/cluster/shard1/{data,logs}
  • mgd-shard-04 至 mgd-shard-06 的 3 台机器上执行
mkdir -p /data/mongodb/cluster/shard2/{data,logs}
  • mgd-mongos-01 和 mgd-mongos-02 的 2 台机器上执行
mkdir -p /data/mongodb/cluster/mongos/{data,logs}

6）安装 MongoDB

  • 以下指令，在全部机器上执行

  • 请先在官网 下载 MongoDB ，然后，上传到服务器；或者使用 wget 进行下载

#-- 安装依赖包
yum install -y libcurl openssl xz-libs
#-- 解压
tar -zxvf mongodb-linux-x86_64-rhel70-5.0.9.tgz -C /data/mongodb --strip=1
  • 配置环境变量
echo "PATH=$PATH:/data/mongodb/bin" > /etc/profile.d/mongodb.sh
source /etc/profile.d/mongodb.sh
  • 查询版本号
mongo --version
  • 创建用户组和用户
groupadd mongod
useradd -g mongod mongod
  • 文件夹授权
chown -R mongod:mongod /data/mongodb

3.Config Server 配置

1）mgd-config-01 机器

  • 创建配置文件
cat > /data/mongodb/cluster/config/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/config/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/config/data
  journal:
    enabled: true

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/config/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27018
  bindIp: mgd-config-01

sharding:
  clusterRole: configsvr

replication:
  replSetName: config
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/config/mongod.conf

2）mgd-config-02 机器

  • 创建配置文件
cat > /data/mongodb/cluster/config/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/config/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/config/data
  journal:
    enabled: true

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/config/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27018
  bindIp: mgd-config-02

sharding:
  clusterRole: configsvr

replication:
  replSetName: config
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/config/mongod.conf

3）mgd-config-03 机器

  • 创建配置文件
cat > /data/mongodb/cluster/config/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/config/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/config/data
  journal:
    enabled: true

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/config/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27018
  bindIp: mgd-config-03

sharding:
  clusterRole: configsvr

replication:
  replSetName: config
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/config/mongod.conf

4）配置config副本集

  • 连接其中一台 MongoDB
mongo 192.168.2.11 --port 27018
  • 配置副本集
rs.initiate(
  {
    _id: "config",
    configsvr: true,
    members: [
      { _id : 0, host : "mgd-config-01:27018" },
      { _id : 1, host : "mgd-config-02:27018" },
      { _id : 2, host : "mgd-config-03:27018" }
    ]
  }
)
  • 查询副本集状态
rs.status()

4.Shard1 配置

1）mgd-shard-01 机器

  • 创建 shard1 的配置文件，注意：cacheSizeGB，根据实际内存情况修改
cat > /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/shard1/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/shard1/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 55

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27019
  bindIp: mgd-shard-01

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard1
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf

2）mgd-shard-02 机器

  • 创建 shard1 的配置文件，注意：cacheSizeGB，根据实际内存情况修改
cat > /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/shard1/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/shard1/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 55

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27019
  bindIp: mgd-shard-02

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard1
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf

3）mgd-shard-03 机器

  • 创建 shard1 的配置文件，注意：cacheSizeGB，根据实际内存情况修改
cat > /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/shard1/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/shard1/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 55

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27019
  bindIp: mgd-shard-03

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard1
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/shard1/mongod.conf

4）配置shard1副本集

  • 连接其中一台 MongoDB
mongo 192.168.2.14 --port 27019
  • 配置 PSS 模式的副本集
rs.initiate(
  {
    _id: "shard1",
    members: [
      { _id : 0, host : "mgd-shard-01:27019" },
      { _id : 1, host : "mgd-shard-02:27019" },
      { _id : 2, host : "mgd-shard-03:27019" }
    ]
  }
)
  • （备用-可忽略）配置 PSA 模式的副本集
rs.initiate(
  {
    _id: "shard1",
    members: [
      { _id : 0, host : "mgd-shard-01:27019" },
      { _id : 1, host : "mgd-shard-02:27019" },
      { _id : 2, host : "mgd-shard-03:27019","arbiterOnly":true }
    ]
  }
)
  • 复制集状态
rs.status()

5.Shard2 配置

1）mgd-shard-04 机器

  • 创建 shard2 的配置文件，注意：cacheSizeGB，根据实际内存情况修改
cat > /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/shard2/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/shard2/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 55

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27020
  bindIp: mgd-shard-04

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard2
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf

2）mgd-shard-05 机器

  • 创建 shard2 的配置文件，注意：cacheSizeGB，根据实际内存情况修改
cat > /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/shard2/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/shard2/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 55

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27020
  bindIp: mgd-shard-05

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard2
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf

3）mgd-shard-06 机器

  • 创建 shard2 的配置文件，注意：cacheSizeGB，根据实际内存情况修改
cat > /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/shard2/logs/mongod.log

# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/mongodb/cluster/shard2/data
  journal:
    enabled: true
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 55

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27020
  bindIp: mgd-shard-06

sharding:
    clusterRole: shardsvr
    
replication:
    replSetName: shard2
EOF
  • 启动
mongod -f /data/mongodb/cluster/shard2/mongod.conf

4）配置shard2副本集

  • 连接其中一台 MongoDB
mongo 192.168.2.17 --port 27020
  • 配置 PSS 模式的副本集
rs.initiate(
  {
    _id: "shard2",
    members: [
      { _id : 0, host : "mgd-shard-04:27020" },
      { _id : 1, host : "mgd-shard-05:27020" },
      { _id : 2, host : "mgd-shard-06:27020" }
    ]
  }
)
  • （备用-可忽略）配置 PSA 模式的副本集
rs.initiate(
  {
    _id: "shard2",
    members: [
      { _id : 0, host : "mgd-shard-04:27020" },
      { _id : 1, host : "mgd-shard-05:27020" },
      { _id : 2, host : "mgd-shard-06:27020","arbiterOnly":true }
    ]
  }
)
  • 复制集状态
rs.status()

6.Mongos 配置

1）mgd-mongos-01 机器

  • 创建配置文件，注意：configDB，根据实际情况修改
cat > /data/mongodb/cluster/mongos/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/mongos/logs/mongod.log

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/mongos/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27017
  bindIp: mgd-mongos-01

sharding:
  configDB: config/mgd-config-01:27018,mgd-config-02:27018,mgd-config-03:27018
EOF
  • 启动
mongos -f /data/mongodb/cluster/mongos/mongod.conf

2）mgd-mongos-02 机器

  • 创建配置文件，注意：configDB，根据实际情况修改
cat > /data/mongodb/cluster/mongos/mongod.conf <<EOF
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /data/mongodb/cluster/mongos/logs/mongod.log

# how the process runs
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /data/mongodb/cluster/mongos/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo

# network interfaces
net:
  port: 27017
  bindIp: mgd-mongos-02

sharding:
  configDB: config/mgd-config-01:27018,mgd-config-02:27018,mgd-config-03:27018
EOF
  • 启动
mongos -f /data/mongodb/cluster/mongos/mongod.conf

3）配置分片集群

  • 连接其中一台 Mongos
mongo 192.168.2.20 --port 27017
  • 添加分片到分片集群
sh.addShard( "shard1/mgd-shard-01:27019,mgd-shard-02:27019,mgd-shard-03:27019")
sh.addShard( "shard2/mgd-shard-04:27020,mgd-shard-05:27020,mgd-shard-06:27020")
  • 查询分片集群状态
sh.status()

7.测试分片集群

  • 连接其中一台 mongos
mongo 192.168.2.20 --port 27017
  • 使用 admin 数据库，指定数据库启用分片，集合中设置分片键和分片规则
use admin
sh.enableSharding("testdb")
sh.shardCollection("testdb.order", {"_id": "hashed" })
  • 插入测试数据
use testdb
for (i = 1; i <= 10000; i=i+1){
    db.order.insert({'price': 1})
}
  • 查看集合的数据量和分片情况 (shard1，shard2)
use testdb
db.order.count()
db.order.stats()

三、监控

软件：MongoDB Database Tools

部署环境：Windows 10

安装

  • 修改 hosts 文件（属性中取消勾选只读），文件夹路径：C:\Windows\System32\drivers\etc
192.168.2.11 mgd-config-01
192.168.2.12 mgd-config-02
192.168.2.13 mgd-config-03
192.168.2.14 mgd-shard-01
192.168.2.15 mgd-shard-02
192.168.2.16 mgd-shard-03
192.168.2.17 mgd-shard-04
192.168.2.18 mgd-shard-05
192.168.2.19 mgd-shard-06
192.168.2.20 mgd-mongos-01
192.168.2.21 mgd-mongos-02
  • 下载 MongoDB Database Tools ，并安装
  • cmd 窗口，cd 安装工具的文件夹，执行指令连接 mongos

mongostat：https://www.mongodb.com/docs/database-tools/mongostat/

mongostat -h 192.168.2.21:27017 --discover

说明

参数说明：https://www.mongodb.com/docs/database-tools/mongostat/#fields

参数说明
insert每秒插入数据库的对象数
query每秒查询操作数
update每秒更新操作的数量
delete每秒删除操作的次数
getmore每秒游标批处理操作的数量
command每秒的命令数
flushes每个轮询间隔之间触发的 WiredTiger 检查点的数量
dirtyWiredTiger 缓存中包含脏字节的百分比
used正在使用的 WiredTiger 缓存的百分比
vsize进程在最后一次使用时使用的虚拟内存量（以 MB 为单位）
res进程在最后一次使用时使用的常驻内存量（以 MB 为单位）
locked全局写锁的时间百分比
conn打开的连接总数

四、性能测试

软件：YCSB

部署环境：mgd-mongos-02 机器

使用：https://github.com/brianfrankcooper/YCSB/wiki/Running-a-Workload

参数说明：https://github.com/brianfrankcooper/YCSB/wiki/Core-Properties

安装

  • 下载安装包，创建安装目录，解压
curl -O --location https://github.com/brianfrankcooper/YCSB/releases/download/0.17.0/ycsb-0.17.0.tar.gz

mkdir /opt/ycsb

tar -zxvf ycsb-0.17.0.tar.gz -C /opt/ycsb --strip=1

使用

  • 使用 admin 数据库，指定数据库启用分片，集合中设置分片键和分片规则
use admin
sh.enableSharding("ycsb")
sh.shardCollection("ycsb.usertable", {"_id": "hashed" })
  • 查询状态
use ycsb
db.usertable.stats()
  • 插入数据

recordcount：插入文档数量；threadcount：运行线程数；

fieldcount：字段数量；outputLoad.txt：输出结果（可选）

cd /opt/ycsb

./bin/ycsb load mongodb -s -P workloads/workloada -p  mongodb.url=mongodb://192.168.2.21:27017/ycsb?w=0 -p threadcount=1 -p fieldcount=20 -p recordcount=100000 > outputLoad.txt
  • 测试性能

workloads/workloada：加载场景配置文件

例如：workloada 是 50% 读操作和 50% 更新操作的场景

其它场景文件，可以结合参数说明进行解读

cd /opt/ycsb

./bin/ycsb run mongodb -s -P workloads/workloada -p  mongodb.url=mongodb://192.168.2.21:27017/ycsb?w=0 -p threadcount=1 -p operationcount=1000 > outputRun.txt
  • 输出 outputRun.txt 结果
[OVERALL],RunTime(ms), 10110
[OVERALL],Throughput(ops/sec), 98.91196834817013
[UPDATE], Operations, 491
[UPDATE], AverageLatency(ms), 0.054989816700611
[UPDATE], MinLatency(ms), 0
[UPDATE], MaxLatency(ms), 1
[UPDATE], 95thPercentileLatency(ms), 1
[UPDATE], 99thPercentileLatency(ms), 1
[UPDATE], Return=0, 491
[UPDATE], 0, 464
[UPDATE], 1, 27
[UPDATE], 2, 0
[UPDATE], 3, 0
[UPDATE], 4, 0
...
  • 总执行时间为 10.11 秒
  • 平均吞吐量为 98.9 次操作/秒（跨所有线程）
  • 有 491 次更新操作，以及相关的平均、最小、最大、第 95 和第 99 个百分位延迟
  • 所有 491 更新操作的返回码为零（在这种情况下成功）
  • 464 个操作在不到 1 毫秒的时间内完成，而 27 个操作在 1 到 2 毫秒之间完成。

五、应用实践

1.分片键

分片键：Shard Keys — MongoDB Manual

分片键可实现在集群中的各个分片之间平均分配数据块

  • 哈希分片
# 建库时，指定分片键
use admin
sh.enableSharding("testdb")
sh.shardCollection("testdb.user", {"_id": "hashed" })
  • 范围分片
# 建库时，指定分片键
use admin
sh.enableSharding("testdb")
sh.shardCollection("testdb.user", {"userid":1, "createTime":1})

2.索引

索引：Indexes — MongoDB Manual

切记提前创建索引，因为当单个集合数据量变大时，创建索引会非常耗时

  • 单字段索引
# userid 升序
db.user.createIndex({"userid":1})
  • 复合索引
# name 升序，age 降序
db.user.createIndex({ "name": 1, "age": -1 })

# 注意：
# 过滤条件为 name，或包含 name 的查询会使用索引(索引的第一个字段),以下都会用到索引
db.user.find({ name: '张三' }).explain()
db.user.find({ name: "张三", level: 10 }).explain()
db.user.find({ name: "张三", age: 23 }).explain()
 
# 查询条件为 age 时，不会使用上边创建的索引,而是使用的全表扫描
db.user.find({ age: 23 }).explain()
  • 地理索引
db.user.createIndex({"location":"2dsphere"})
  • 完整例子
# 切换到 admin 库
use admin
sh.status()
# 建库
sh.enableSharding("testdb")
# 创建集合和分片键
sh.shardCollection("testdb.user", {"userid":1, "createTime":1})

# 切换到 testdb 库
use testdb
# 创建集合索引
db.user.createIndex({"userid":1, "createTime":1})
db.user.createIndex({"userid":1})
db.user.createIndex({"name":1})
db.user.createIndex({"age":1})
db.user.createIndex({"location":"2dsphere"})

3.分片集群平衡器

分片集群平衡器：Sharded Cluster Balancer — MongoDB Manual

MongoDB 平衡器是一个后台进程，用于监控 每个分片集合的数据。

  • 基础指令
指令作用
sh.getBalancerState()检查平衡器是否启用
sh.isBalancerRunning()检查平衡器是否在运行
sh.stopBalancer()禁用平衡器
sh.startBalancer() 、sh.setBalancerState(true)启用平衡器
sh.disableBalancing(“databaseName.collectionName”)指定集合禁用平衡器
sh.enableBalancing(“databaseName.collectionName”)指定集合启用平衡器
  • 启用平衡器
# 连接其中一台 mongos
mongo 192.168.2.20 --port 27017

# 切换到 config 库
use config

# 启用平衡器
sh.setBalancerState(true)
# 设置启动时间段
db.settings.update(
   { _id: "balancer" },
   { $set: { activeWindow : { start : "00:00", stop : "06:00" } } },
   { upsert: true }
)
  • 禁用平衡器
# 连接其中一台 mongos
mongo 192.168.2.20 --port 27017

# 切换到 config 库
use config

# 禁用平衡器
sh.stopBalancer()

4.节点数据修复

  • Mongo shard 服务启动失败或报错时，可以先修复数据，在重启服务

报错：Aborted (core dumped)

# 先删除 datapath 下的全部 .lock 文件，在执行修复指令
mongod --repair --dbpath /data/mongodb/cluster/shard1/data

5.节点间数据拷贝

  • 如果数据修复失败，用于拷贝其它节点的数据（需要停止被拷贝节点的服务）
scp -r /data/mongodb/cluster/shard1/data  root@mgd-shard-03:/data/mongodb/cluster/shard1

6.内存淘汰策略

  • 默认参数和值
参数默认值含义
eviction_target80当 cache used 超过 eviction_target，后台evict线程开始淘汰 CLEAN PAGE
eviction_trigger95当 cache used 超过 eviction_trigger，用户线程也开始淘汰 CLEAN PAGE
eviction_dirty_target5当 cache dirty 超过 eviction_dirty_target，后台evict线程开始淘汰 DIRTY PAGE
eviction_dirty_trigger20当 cache dirty 超过 eviction_dirty_trigger, 用户线程也开始淘汰 DIRTY PAGE
evict.threads_min4
evict.threads_max4
  • 优化
参数默认值含义
eviction_target75当 cache used 超过 eviction_target，后台evict线程开始淘汰 CLEAN PAGE
eviction_trigger90当 cache used 超过 eviction_trigger，用户线程也开始淘汰 CLEAN PAGE
eviction_dirty_target3当 cache dirty 超过 eviction_dirty_target，后台evict线程开始淘汰 DIRTY PAGE
eviction_dirty_trigger15当 cache dirty 超过 eviction_dirty_trigger, 用户线程也开始淘汰 DIRTY PAGE
evict.threads_min4
evict.threads_max16
  • 连接 shard 的 mongo 服务
# 如果机器名无法连接，需要把机器名换成 IP
mongo 192.168.2.14 --port 27019
mongo 192.168.2.15 --port 27019
mongo 192.168.2.16 --port 27019
mongo 192.168.2.17 --port 27020
mongo 192.168.2.18 --port 27020
mongo 192.168.2.19 --port 27020
  • 执行
db.adminCommand({setParameter: 1, wiredTigerEngineRuntimeConfig: "eviction_target=75,eviction_trigger=90,eviction_dirty_target=3,eviction_dirty_trigger=15,eviction=(threads_min=4,threads_max=16),checkpoint=(wait=30)"})
  • 动态调整其它参数
db.adminCommand({"setParameter": 1, "wiredTigerEngineRuntimeConfig": "cache_size=8G"})

7.节点内存释放

  • 查看 Mongo 服务是否被 CentOS 杀掉进程
cd /var/log
grep "mongod" messages

Jul 28 01:40:20 mgd-shard-03 abrt-hook-ccpp: Process 3368 (mongod) of user 0 killed by SIGABRT - ignoring (abrtd is not running)

Aug 30 17:10:48 mgd-rc-04 abrt-hook-ccpp: Process 23380 (mongod) of user 0 killed by SIGABRT - dumping core
Aug 30 17:11:56 mgd-rc-04 abrt-server: Executable '/data/mongodb/bin/mongod' doesn't belong to any package and ProcessUnpackaged is set to 'no'
  • 暂时未找到比较好的内存释放方法
sync && sync && sync
echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches
swapoff -a
swapon -a

8.运维

  • 角色启动顺序：config --> shard --> mongos

  • 查看进程信息

ps -ef | grep mongod | grep -v grep
  • 内存占用
top

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