MongoDB分片詳解

分片是MongoDB的擴展方式,通過分片能夠增加更多的機器來用對不斷增加的負載和數(shù)據(jù),還不影響應用.

1.分片簡介

分片是指將數(shù)據(jù)拆分,將其分散存在不同機器上的過程.有時也叫分區(qū).將數(shù)據(jù)分散在不同的機器上,不需要功能

強大的大型計算機就可以存儲更多的數(shù)據(jù),處理更大的負載.

使用幾乎所有數(shù)據(jù)庫軟件都能進行手動分片,應用需要維護與若干不同數(shù)據(jù)庫服務器的連接,每個連接還是完全

獨立的.應用程序管理不同服務器上的不同數(shù)據(jù),存儲查村都需要在正確的服務器上進行.這種方法可以很好的工作,但是也

難以維護,比如向集群添加節(jié)點或從集群刪除節(jié)點都很困難,調(diào)整數(shù)據(jù)分布和負載模式也不輕松.

MongoDB支持自動分片,可以擺脫手動分片的管理.集群自動切分數(shù)據(jù),做負載均衡.

 2.MongoDB的自動分片

MongoDB分片的基本思想就是將集合切分成小塊.這些塊分散到若干片里面,每個片只負責總數(shù)據(jù)的一部分.應用程序不必知道

哪片對應哪些數(shù)據(jù),甚至不需要知道數(shù)據(jù)已經(jīng)被拆分了,所以在分片之前要運行一個路由進程,進程名mongos,這個路由器知道

所有數(shù)據(jù)的存放位置,所以應用可以連接它來正常發(fā)送請求.對應用來說,它僅知道連接了一個普通的mongod.路由器知道和片的

對應關(guān)系,能夠轉(zhuǎn)發(fā)請求到正確的片上.如果請求有了回應,路由器將其收集起來回送給應用.

在沒有分片的時候,客戶端連接mongod進程,分片時客戶端會連接mongos進程.mongos對應用隱藏了分片的細節(jié).

從應用的角度看,分片和不分片沒有區(qū)別.所以需要擴展的時候,不必修改應用程序的代碼.

不分片的客戶端連接:

分片的客戶端連接:

什么時候需要分片:

a.機器的磁盤不夠用了

b.單個mongod已經(jīng)不能滿足些數(shù)據(jù)的性能需要了

c.想將大量數(shù)據(jù)放在內(nèi)存中提高性能

一般來說,先要從不分片開始,然后在需要的時候?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成分片.

3.片鍵

設(shè)置分片時,需要從集合里面選一個鍵,用該鍵的值作為數(shù)據(jù)拆分的依據(jù).這個鍵成為片鍵.

假設(shè)有個文檔集合表示的是人員,如果選擇名字"name"做為片鍵,第一篇可能會存放名字以A-F開頭的文檔.

第二片存G-P開頭的文檔,第三篇存Q-Z的文檔.隨著增加或刪除片,MongoDB會重新平衡數(shù)據(jù),是每片的流量比較

均衡,數(shù)據(jù)量也在合理范圍內(nèi)(如流量較大的片存放的數(shù)據(jù)或許會比流量下的片數(shù)據(jù)要少些)

 4.將已有的集合分片

假設(shè)有個存儲日志的集合,現(xiàn)在要分片.我們開啟分片功能,然后告訴MongoDB用"timestamp"作為片鍵,就要所有數(shù)據(jù)放到

了一個片上.可以隨意插入數(shù)據(jù),但總會是在一個片上.

然后,新增一個片.這個片建好并運行了以后,MongoDB就會把集合拆分成兩半,成為塊.每個塊中包含片鍵值在一定

范圍內(nèi)的所有文檔,假設(shè)其中一塊包含時間戳在2011.11.11前的文檔,則另一塊含有2011.11.11以后的文檔.其中

一塊會被移動到新片上.如果新文檔的時間戳在2011.11.11之前,則添加到第一塊,否則添加到第二塊.

 5.遞增片鍵還是隨機片鍵

片鍵的選擇決定了插入操作在片之間的分布.

如果選擇了像"timestamp"這樣的鍵,這個值可能不斷增長,而且沒有太大的間斷,就會將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到一個片上

(含有2011.11.11以后日期的那片).如果有添加了新片,再拆分數(shù)據(jù),還是會都導入到一臺服務器上.添加了新片,

MongoDB肯能會將2011.11.11以后的拆分成2011.11.11-2021.11.11.如果文檔的時間大于2021.11.11以后,

所有的文檔還會以最后一片插入.這就不適合寫入負載很高情況,但按照片鍵查詢會非常高效.

如果寫入負載比較高,想均勻分散負載到各個片,就得選擇分布均勻的片鍵.日志例子中時間戳的散列值,沒有模式的"logMessage"

都是復合這個條件的.

不論片鍵隨機跳躍還是穩(wěn)定增加,片鍵的變化很重要.如,如果有個"logLevel"鍵的值只有3種值"DEBUG","WARN","ERROR",

MongoDB無論如何也不能把它作為片鍵將數(shù)據(jù)分成多于3片(因為只有3個值).如果鍵的變化太少,但又想讓其作為片鍵,

可以把這個鍵與一個變化較大的鍵組合起來,創(chuàng)建一個復合片鍵,如"logLevel"和"timestamp"組合.

選擇片鍵并創(chuàng)建片鍵很像索引,以為二者原理相似.事實上,片鍵也是最常用的索引.

 6.片鍵對操作的影響

最終用戶應該無法區(qū)分是否分片,但是要了解選擇不同片鍵情況下的查詢有何不同.

假設(shè)還是那個表示人員的集合,按照"name"分片,有3個片,其名字首字母的范圍是A-Z.下面以不同的方式查詢:

db.people.find({"name":"Refactor"})

mongos會將這個查詢直接發(fā)送給Q-Z片,獲得響應后,直接轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端

db.people.find({"name":{"$lt":"L"}})

mongos會將其先發(fā)送給A-F和G-P片,然后將結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端.

db.people.find().sort({"email":1})

mongos會在所有片上查詢,返回結(jié)果時還會做歸并排序,確保結(jié)果順序正確.

mongos用游標從各個服務器上獲取數(shù)據(jù),所以不必等到全部數(shù)據(jù)都拿到才向客戶端發(fā)送批量結(jié)果.

db.people.find({"email":re@msn.cn})

mongos并不追蹤"email"鍵,所以也不知道應該將查詢發(fā)給那個片.所以他就向所有片順序發(fā)送查詢.

如果是插入文檔,mongos會依據(jù)"name"鍵的值,將其發(fā)送到相應的片上.

 7.建立分片

建立分片有兩步:啟動實際的服務器,然后決定怎么切分數(shù)據(jù).

分片一般會有3個組成部分:

a.片

片就是保存子集合數(shù)據(jù)的容器,片可是單個的mongod服務器(開發(fā)和測試用),也可以是副本集(生產(chǎn)用).所以一片

有多臺服務器,也只能有一個主服務器,其他的服務器保存相同的數(shù)據(jù).

b.mongos

mongos就是MongoDB配的路由器進程.它路由所有的請求,然后將結(jié)果聚合.它本身并不存儲數(shù)據(jù)或者配置信息

但會緩存配置服務器的信息.

c.配置服務器

配置服務器存儲了集群的配置信息:數(shù)據(jù)和片的對應關(guān)系.mongos不永久存房數(shù)據(jù),所以需要個地方存放分片的配置.

它會從配置服務器獲取同步數(shù)據(jù).

 8.啟動服務器

首先要啟動配置服務器和mongos.配置服務器需要先啟動.因為mongos會用到其上的配置信息.

配置服務器的啟動就像普通的mongod一樣

mongod --dbpath "F:\mongo\dbs\config" --port 20000 --logpath "F:\mongo\logs\config\MongoDB.txt" --rest

配置服務器不需要很多的空間和資源(200M實際數(shù)據(jù)大約占用1kB的配置空間)

 建立mongos進程,一共應用程序連接.這種路由服務器連接數(shù)據(jù)目錄都不需要,但一定要指明配置服務器的位置:

mongos --port 30000 --configdb 127.0.0.1:20000 --logpath "F:\mongo\logs\mongos\MongoDB.txt"

分片管理通常是通過mongos完成的.

添加片

片就是普通的mongod實例(或副本集)

mongod --dbpath "F:\mongo\dbs\shard" --port 10000 --logpath "F:\mongo\logs\shard\MongoDB.txt" --rest

mongod --dbpath "F:\mongo\dbs\shard1" --port 10001 --logpath "F:\mongo\logs\shard1\MongoDB.txt" --rest

連接剛才啟動的mongos,為集群添加一個片.啟動shell,連接mongos:

確定連接的是mongos而不是mongod,通過addshard命令添加片:

>mongo 127.0.0.1:30000

mongos> db.runCommand(
... {
... "addshard":"127.0.0.1:10000",
... "allowLocal":true
... }
... )
Sat Jul 21 10:46:38 uncaught exception: error { "$err" : "can't find a shard to
put new db on", "code" : 10185 }
mongos> use admin
switched to db admin
mongos> db.runCommand(
... {
... "addshard":"127.0.0.1:10000",
... "allowLocal":1
... }
... )
{ "shardAdded" : "shard0000", "ok" : 1 }

mongos> db.runCommand(
... {
... "addshard":"127.0.0.1:10001",
... "allowLocal":1
... }
... )
{ "shardAdded" : "shard0001", "ok" : 1 }

當在本機運行片的時候,得設(shè)定allowLocal鍵為1.MongoDB盡量避免由于錯誤的配置,將集群配置到本地,

所以得讓它知道這僅僅是開發(fā),而且我們很清楚自己在做什么.如果是生產(chǎn)環(huán)境中,則要將其部署在不同的機器上.

想添加片的時候,就運行addshard.MongoDB會負責將片集成到集群.

切分數(shù)據(jù)

MongoDB不會將存儲的每一條數(shù)據(jù)都直接發(fā)布,得先在數(shù)據(jù)庫和集合的級別將分片功能打開.

如果是連接配置服務器,

E:\mongo\bin>mongo 127.0.0.1:20000
MongoDB shell version: 2.0.6
connecting to: 127.0.0.1:20000/test
> use admin
switched to db admin
> db.runCommand({"enablesharding":"test"})
{
"errmsg" : "no such cmd: enablesharding",
"bad cmd" : {
"enablesharding" : "test"
},
"ok" : 0
}

應該是連接 路由服務器:

db.runCommand({"enablesharding":"test"})//將test數(shù)據(jù)庫啟用分片功能.

對數(shù)據(jù)庫分片后,其內(nèi)部的集合便會存儲到不同的片上,同時也是對這些集合分片的前置條件.

在數(shù)據(jù)庫級別啟用了分片以后,就可以使用shardcollection命令堆積和進行分片:

db.runCommand({"shardcollection":"test.refactor","key":{"name":1}})//對test數(shù)據(jù)庫的refactor集合進行分片,片鍵是name

如果現(xiàn)在對refactor集合添加數(shù)據(jù),就會依據(jù)"name"的值自動分散到各個片上.

9.生產(chǎn)配置

進入生產(chǎn)環(huán)境后,需要更健壯的分片方案,成功的構(gòu)建分片需要如下條件:

多個配置服務器

多個mongos服務器

每個片都是副本集

正確的設(shè)置w

健壯的配置

設(shè)置多個配置服務器是很簡單的.

設(shè)置多個配置服務器和設(shè)置一個配置服務器一樣

mongod --dbpath "F:\mongo\dbs\config" --port 20000 --logpath "F:\mongo\logs\config\MongoDB.txt" --rest

mongod --dbpath "F:\mongo\dbs\config1" --port 20001 --logpath "F:\mongo\logs\config1\MongoDB.txt" --rest

mongod --dbpath "F:\mongo\dbs\config2" --port 20002 --logpath "F:\mongo\logs\config2\MongoDB.txt" --rest

啟動mongos的時候應將其連接到3個配置服務器上:

mongos --port 30000 --configdb 127.0.0.1:20000,127.0.0.1:20001,127.0.0.1:20002 --logpath "F:\mongo\logs\mongos\MongoDB.txt"

配置服務器使用的是兩步提交機制,而不是普通的MongoDB的異步復制,來維護集群配置的不同副本.這樣能保證集群的狀態(tài)

的一致性.這意味著,某臺配置服務器宕機后,集群的配置信息是只讀的.客戶端還是能夠讀寫,但是只有所有配置服務器備份了

以后才能重新均衡數(shù)據(jù).

多個mongos

mongos的數(shù)量不受限制,建議針對一個應用服務器只運行一個mongos進程.這樣每個應用服務器就可以與mongos進行

本地回話,如果服務器不工作了,就不會有應用試圖與不存的mongos通話了

健壯的片

生產(chǎn)環(huán)境中,每個片都應是副本集,這樣單個服務器壞了,就不會導致整個片失效.用addshard命令就可以將副本集作為片添加,

添加時,只要指定副本集的名稱和種子就行了.

如要添加副本集refactor,其中包含一個服務器127.0.0.1:10000(還有別的服務器),就可以用下列命令將其添加到集群中:

db.runCommand({"addshard":"refactor/127.0.0.1:10000"})

如果127.0.0.1:10000服務器掛了,mongos會知道它所連接的是一個副本集,并會使用新的主節(jié)點.

10.管理分片

分片信息主要存放在config數(shù)據(jù)庫上,這樣就能被任何連接到mongos的進程訪問到了.

配置集合

在shell中連接了mongos,并使用了use config數(shù)據(jù)庫

a.片

可以在shareds集合中查到所有的片

db.shards.find()

b.數(shù)據(jù)庫

databases集合含有已經(jīng)包含在片上的數(shù)據(jù)庫列表和一些相關(guān)信息

db.databases.find()

返回的文檔解釋:

"_id"

表示數(shù)據(jù)庫名

"partitioned"

表示是否啟用了分片功能

"primary"

這個值與"_id"相對應,表名這個數(shù)據(jù)的"大本營"在哪里.不論分片與否,數(shù)據(jù)庫總會有個大本營.要是分片的話,創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時會

隨機選擇一個片.也就是說,大本營是開始創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫文檔的位置.雖然分片時數(shù)據(jù)庫也會用到很多別的服務器,但會從這個片開始.

c.塊

塊信息存儲在chunks集合中.這可以看到數(shù)據(jù)到底是怎么切分到集群中的

db.chunks.find()

分片命令

獲得概要

db.printShardingStatus()

刪除片

用removeshard就能從集群中刪除片.removeshard會把給定片上的所有塊的數(shù)據(jù)都挪到其他片上

db.runCommand({"removeshard":"127.0.0.1:10001"})

在挪動過程中,removeshard會顯示進程