副本集

摘要：本文主要学习了什么是副本集，包括副本集的角色和选举，节点的管理和故障模拟。

1 介绍

副本集（Replica Set）是一组维护相同数据集的mongod进程。副本集可提供冗余和高可用性，是所有生产部署的基础。

也可以说，副本集类似于有自动故障恢复功能的主从集群。多台机器拥有同一数据的多个副本，当主服务器掉线时能够自动切换其他备份服务器，而且还可以实现读写分离，提高负载。

2 角色

副本集包含多个数据节点和一个可选的仲裁节点。

仲裁节点没有数据集的副本，不属于数据节点。在数据节点中，只有一个主节点，其他被认为是从节点。

每个副本集节点必须属于且只属于一个副本集，副本集节点不能属于多个副本集。

2.1 主节点

主节点是副本集中唯一接受写入操作的成员，一个副本集只能有一个主节点。

主节点接受写入操作并记录oplog操作日志，以便从节点复制。

2.2 从节点

从节点维护主节点的数据集副本，一个副本集可以有一个或多个从节点。

从节点会对主节点的操作日志oplog进行复制，并应用于其数据集，同步主节点的数据集状态。

2.3 仲裁节点

仲裁节点参与主节点的选举，不参与维护数据集副本。

如果从节点和主节点总数为偶数，在选举时可能无法打破平局，建议加入一个仲裁节点，以便打破平局选出主节点。

如果从节点和主节点总数为奇数，可以不需要仲裁节点。

建议最多添加一个仲裁节点，默认情况下副本集不支持添加多个仲裁节点。

3 高可用性

3.1 选举

副本集使用选举来确定哪个数据节点会成为主节点。

可触发选举的事件：

• 启动副本集。
• 维护副本集。
• 副本集添加新的数据节点。
• 主节点失效，与主节点连接超时，默认超时时间为10秒。

触发选举后，发起投票和获得票数的影响因素：

• 根据优先级决定发起投票的时间，越高的从节点越能较早的发起投票。
• 根据任期和版本决定获得的票数，越高的从节点越能获得较高的票数。

如果在选举超时之前有从节点获得超过半数的投票，它将成为新的主节点，开始处理写入操作并记录日志。

如果有之前的主节点掉线重连了，并且执行了不成功的写操作，在加入副本集变成从节点后还要进行回滚操作。

3.2 心跳

数据节点每两秒向彼此发送一次心跳用于进行网络探测，如果心跳在10秒内未返回，会将接收心跳的数据节点标记为不可访问。

3.3 回滚

如果主节点在降级之前接受了从节点尚未成功复制的写操作，那么当主节点作为从节点重新加入副本集时，就需要回滚写操作，以保持与其他节点的一致性。

4 使用

4.1 创建节点

4.1.1 创建主节点

创建mgrs_27018目录，在目录下创建db目录和log目录。

在mgrs_27018目录下创建mongod.conf配置文件，修改目录位置和端口，增加副本集的配置：

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replication:
  # 副本集的名称
  replSetName: mgrs

进入安装MongoDB的bin目录，通过mongod.exe文件启动：

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mongod.exe -f D:\momashanhe\mongodb\mgrs_27018\mongod.conf

4.1.2 创建从节点

创建mgrs_27019目录，在目录下创建db目录和log目录。

在mgrs_27019目录下创建mongod.conf配置文件，修改目录位置和端口，增加副本集的配置：

1
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3

replication:
  # 副本集的名称
  replSetName: mgrs

进入安装MongoDB的bin目录，通过mongod.exe文件启动：

1

mongod.exe -f D:\momashanhe\mongodb\mgrs_27019\mongod.conf

4.1.3 创建仲裁节点

创建mgrs_27020目录，在目录下创建db目录和log目录。

在mgrs_27020目录下创建mongod.conf配置文件，修改目录位置和端口，增加副本集的配置：

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3

replication:
  # 副本集的名称
  replSetName: mgrs

进入安装MongoDB的bin目录，通过mongod.exe文件启动：

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mongod.exe -f D:\momashanhe\mongodb\mgrs_27020\mongod.conf

4.2 连接节点

需要使用命令行工具连接，官方推荐的工具下载地址：下载地址

进入命令行工具安装目录下的bin目录，使用命令指定主机和端口号连接：

1

mongosh.exe mongodb://127.0.0.1:27018

4.3 启动副本集

连接节点以后，因为还未启动副本集，很多命令无法使用。

使用命令启动副本集：

1

rs.initiate(<configuration>)

含义：

启动副本集：

1

rs.initiate()

执行命令后命令行提示符变为：

1

mgrs [direct: other] test>

然后按下回车后命令行提示符会变为：

1

mgrs [direct: secondary] test>

稍等片刻后再次按下回车后命令行提示符变为：

1

mgrs [direct: primary] test>

表示该节点已经启动，并由从节点变为主节点。

4.4 查看副本集

4.4.1 查看副本集配置

使用命令查看副本集配置：

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rs.conf()

结果：

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{
  _id: 'mgrs',
  version: 1,
  term: 1,
  members: [
    {
      _id: 0,
      host: '127.0.0.1:27018',
      arbiterOnly: false,
      buildIndexes: true,
      hidden: false,
      priority: 1,
      votes: 1
    }
  ],
  settings: {}
}

含义：

副本集配置的查看命令，本质上查询的是system.replset表中的数据。

4.4.2 查看副本集状态

使用命令查看副本集状态：

1

rs.status()

4.5 添加节点

4.5.1 添加从节点

使用命令添加从节点：

1

rs.add(<host>, <arbiterOnly>)

含义：

添加从节点：

1

rs.add("127.0.0.1:27019")

添加后查看副本集状态，能够看到添加的从节点。

4.5.2 添加仲裁节点

添加仲裁节点会改变默认的写关注，需要明确设置写关注：

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db.adminCommand({
  "setDefaultRWConcern": 1,
  "defaultWriteConcern": { "w": 1 }
})

使用命令添加仲裁节点：

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rs.addArb(<host>)

含义：

添加仲裁节点：

1

rs.addArb("127.0.0.1:27020")

添加后查看副本集状态，能够看到添加的仲裁节点。

4.6 读写文档

连接主节点，可以写入，可以读取。

连接从节点，无法写入，可以读取。

连接仲裁节点，无法写入，无法读取。

4.7 故障模拟

4.7.1 主节点宕机

从节点成为主节点，主节点恢复后变为从节点继续同步数据。

4.7.2 从节点宕机

主节点不受影响，从节点恢复后能继续同步数据。

4.7.3 仲裁节点宕机

主节点不受影响，从节点不受影响，仍然能进行主从同步。