MongoDB主从切换功能测试

一、MongoDB介绍

1.1 MongoDB简介

MongoDB是一个开源的文档数据库，使用JSON格式存储和操作数据，具有高度灵活性和可扩展性。MongoDB的数据模型是面向文档的，这意味着它可以存储各种类型的数据，如数组、嵌套文档和二进制数据。MongoDB是一种NoSQL数据库，不需要使用传统的表格结构。MongoDB是分布式的，可以在多台服务器上部署，支持自动分片，可以实现高可用性和横向扩展。MongoDB还带有很多强大的功能，包括聚合框架、索引、MapReduce等，支持多种编程语言和多种平台。它被广泛用于Web应用程序、大数据分析和实时数据处理等领域。

1.2 MongoDB特点

面向文档的数据模型：MongoDB是一种面向文档的数据库，这意味着它使用文档来存储数据，文档是一个键值对集合，是非常灵活的数据模型。

分布式：MongoDB支持分布式数据存储，可以将数据分布在多个服务器上，从而实现更高的可用性和可扩展性。

高性能：MongoDB支持高性能读写，能够在海量数据环境下快速响应。

强大的查询语言：MongoDB支持丰富的查询语言，包括聚合管道、地理空间查询、全文搜索等，能够满足各种查询需求。

灵活的数据模型：MongoDB的文档的格式非常灵活，没有固定的架构，可以按照需求进行调整。同时，支持动态添加字段和修改文档结构。

可扩展性：MongoDB非常容易扩展，可以通过水平扩展的方式来增加服务器数量，以满足不断增长的数据和请求量。

可视化管理工具：MongoDB提供了可视化的管理工具，如MongoDB Compass，使得管理和操作MongoDB数据库更加方便。

二、MongoDB主从复制介绍

2.1 MongoDB主从复制

MongoDB主从复制是一种数据同步机制，通过该机制可以将一个 MongoDB 实例的数据复制到其他多个实例中，以提高数据的可靠性和可用性。在主从复制中，有一个主节点（也称为主服务器），负责接收写入请求并将数据同步到从节点（也称为从服务器）。从节点只能处理读操作，而不允许写入操作。

主从复制的核心是复制集（Replica Set），它由多个 MongoDB 实例组成。一个复制集中包括一个主节点和多个从节点。主节点将写入操作同步到所有的从节点，从节点在收到主节点的更新后，将自己的数据更新为与主节点一致的状态，确保数据的一致性。

当主节点出现故障时，从节点可以接替主节点成为新的主节点，继续处理写入请求和同步数据到其他从节点。这种自动切换的机制可以保证系统的高可用性和可靠性。

主从复制还可以通过读写分离的方式提高读写性能。将读操作分发到从节点，从而减轻主节点的负载压力，提高系统的并发处理能力。MongoDB主从复制是一种可靠、高效的数据同步机制，可以帮助用户保证数据的完整性和可用性。

2.2MongoDB副本集

副本集在mongodb中是是一组 mongod保持相同的数据集过程，副本集提供冗余和高可用性，并且是所有生产部署的基础。

复制提供冗余并增加数据可用性，在不同数据库服务器上具有多个数据副本，复制可以提供一个级别的单一数据库服务器丢失的容错能力。

副本集至少需要3个成员，可以是一主两从，也可以是一主一从一仲裁节点，如果主节点挂掉，两个从节点会重新选举，找到一个从节点，将其提升为主。

三、本次实践介绍

3.1 实践环境规划

hostname	IP地址	系统版本	MongoDB版本	角色
master	192.168.3.141	centos 7.9	v5.0.21	主节点
node01	192.168.3.142	centos 7.9	v5.0.21	从节点
node02	192.168.3.143	centos 7.9	v5.0.21	从节点

3.2 本次实践简介

1.本次实践准备三台服务器，操作系统为centos7.9；
2.本次实践环境为个人测试环境，生产环境请谨慎；
3.本次实践主要配置MongoDB主从复制。

四、安装MongoDB

4.1 安装说明

三台服务器都需要按照以下步骤安装MongoDB环境。4.2 配置yum仓库配置mongodb的yum仓库

vim /etc/yum.repos.d/mongodb.repo

[mongodb-org]
name=MongoDB Repository
baseurl=https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/mongodb/yum/el7/
gpgcheck=0
enabled=1

4.3 检查yum仓库状态

检查yum仓库各镜像源状态

[root@master ~]# yum repolist all |grep enable
base/7/x86_64         CentOS-7 - Base - mirrors.aliyun.com       enabled: 10,072
extras/7/x86_64       CentOS-7 - Extras - mirrors.aliyun.com     enabled:    518
mongodb-org/7         MongoDB Repository                         enabled:    337
updates/7/x86_64      CentOS-7 - Updates - mirrors.aliyun.com    enabled:  5,176

4.4 安装MongoDB

直接使用yum安装mongodb

yum install -y mongodb-org-server mongodb-org

4.5 修改绑定IP

修改/etc/mongod.conf 配置文件中的mongodb服务绑定的IP地址为0.0.0.0。

vim /etc/mongod.conf 

4.6 启动MongoDB服务

启动MongoDB服务

systemctl start mongod.service  && systemctl enable  mongod.service

4.7 检查MongoDB服务状态

检查MongoDB服务状态

[root@master ~]# systemctl status mongod
● mongod.service - MongoDB Database Server
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/mongod.service; enabled; vendor preset: disabled)
   Active: active (running) since Wed 2023-09-13 1648 CST; 44s ago
     Docs: https://docs.mongodb.org/manual
 Main PID: 1472 (mongod)
   CGroup: /system.slice/mongod.service
           └─1472 /usr/bin/mongod -f /etc/mongod.conf

Sep 13 1648 master systemd[1]: Started MongoDB Database Server.
Sep 13 1648 master mongod[1472]: {"t":{"$date":"2023-09-13T0848.292Z"},"s":"I",  "c":"CONTROL",  "id":7484500, "ctx":"-","msg":"Environment variable MONG... to false"}
Hint: Some lines were ellipsized, use -l to show in full.

4.8 查看MongoDB版本

查看当前安装的MongoDB版本

[root@master ~]# mongod --version
db version v5.0.21
Build Info: {
    "version": "5.0.21",
    "gitVersion": "4fad44a858d8ee2d642566fc8872ef410f6534e4",
    "openSSLVersion": "OpenSSL 1.0.1e-fips 11 Feb 2013",
    "modules": [],
    "allocator": "tcmalloc",
    "environment": {
        "distmod": "rhel70",
        "distarch": "x86_64",
        "target_arch": "x86_64"
    }
}

五、master节点配置工作

5.1 进入mongodb数据库

直接本地进入mongodb

mongo

5.2 创建admin账号

在mongodb内创建用户管理员admin账号

db.createUser({
  user: "admin",
  pwd: "admin",
  roles: [
  {role: "userAdminAnyDatabase",db: "admin"}
  ]
}
)

5.3 创建测试账号

进入admin数据库内，使用admin账号验证登录。

>  use admin;
switched to db admin
> db.auth("admin", "admin")
1

在在mongodb内创建huawei用户，用户角色权限为“root”。

db.createUser({
  user: "huawei",
  pwd: "huawei",
  roles: [   "root" ]
}
)

5.4 访问测试数据库

使用admin账号连接mongodb

mongo -uadmin -padmin --authenticationDatabase admin

5.5 在主节点创建key文件

在主节点创建key文件

mkdir -p /data/mongodb/
openssl rand -base64 666 > /data/mongodb/mongodb.key

在两个从节点创建目录

mkdir -p /data/mongodb/

5.5 拷贝key文件

将key文件发送两个从节点

scp  /data/mongodb/mongodb.key root@192.168.3.142:/data/mongodb/
scp  /data/mongodb/mongodb.key root@192.168.3.143:/data/mongodb/

六、所有节点配置工作

6.1 配置说明

以下步骤，三个节点都需要执行。

6.2 目录及文件授权

在三个节点服务器中，执行以下命令，对相关目录及文件进行授权操作·。

chown mongod:mongod -R /data/mongodb/
chmod 600 /data/mongodb/mongodb.key

6.3 编辑/etc/mongod.conf文件

在三个节点服务器中，编辑/etc/mongod.conf文件。

systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /var/log/mongodb/mongod.log
storage:
  dbPath: /var/lib/mongo
  journal:
    enabled: true
processManagement:
  fork: true  # fork and run in background
  pidFilePath: /var/run/mongodb/mongod.pid  # location of pidfile
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo
net:
  port: 27017
  bindIp: 0.0.0.0  # Enter 0.0.0.0,:: to bind to all IPv4 and IPv6 addresses or, alternatively, use the net.bindIpAll setting.
security:
  authorization: enabled
  keyFile: /data/mongodb/mongodb.key
  clusterAuthMode: keyFile
replication:
  replSetName: rs0
  oplogSizeMB: 5000

6.4 重启mongodb服务

三个节点服务器，重启mongodb服务。

systemctl restart mongod

七、配置MongoDB主从

7.1 用户认证

连接master节点的mongodb。

mongo

使用huawei账号进行认证

> use admin;
switched to db admin
> db.auth("huawei","huawei")
1

7.2 配置副本集

执行以下命令，配置副本集。

rs.initiate({
   _id : "rs0",
   members: [
      { _id: 0, host: "192.168.3.141:27017" },
      { _id: 1, host: "192.168.3.142:27017" },
      { _id: 2, host: "192.168.3.143:27017" }
   ]
})

7.3 主库查看副本集配置

master主节点，退出mongodb，重新连接后，使用huawei账号验证。

使用huawei账号进行认证

 use admin;
db.auth("huawei","huawei")

查看副本集配置

rs.config()

rs0:PRIMARY>  rs.config()
{
"_id" : "rs0",
"version" : 1,
"term" : 1,
"members" : [
{
"_id" : 0,
"host" : "192.168.3.141:27017",
"arbiterOnly" : false,
"buildIndexes" : true,
"hidden" : false,
"priority" : 1,
"tags" : {

},
"secondaryDelaySecs" : NumberLong(0),
"votes" : 1
},
{
"_id" : 1,
"host" : "192.168.3.142:27017",
"arbiterOnly" : false,
"buildIndexes" : true,
"hidden" : false,
"priority" : 1,
"tags" : {

},
"secondaryDelaySecs" : NumberLong(0),
"votes" : 1
},
{
"_id" : 2,
"host" : "192.168.3.143:27017",
"arbiterOnly" : false,
"buildIndexes" : true,
"hidden" : false,
"priority" : 1,
"tags" : {

},
"secondaryDelaySecs" : NumberLong(0),
"votes" : 1
}
],
"protocolVersion" : NumberLong(1),
"writeConcernMajorityJournalDefault" : true,
"settings" : {
"chainingAllowed" : true,
"heartbeatIntervalMillis" : 2000,
"heartbeatTimeoutSecs" : 10,
"electionTimeoutMillis" : 10000,
"catchUpTimeoutMillis" : -1,
"catchUpTakeoverDelayMillis" : 30000,
"getLastErrorModes" : {

},
"getLastErrorDefaults" : {
"w" : 1,
"wtimeout" : 0
},
"replicaSetId" : ObjectId("65018aed22234a6282b793a6")
}
}

7.4 查看副本集状态

查看副本集状态

rs0:PRIMARY>  rs.status()
{
"set" : "rs0",
"date" : ISODate("2023-09-13T1054.675Z"),
"myState" : 1,
"term" : NumberLong(1),
"syncSourceHost" : "",
"syncSourceId" : -1,
"heartbeatIntervalMillis" : NumberLong(2000),
"majorityVoteCount" : 2,
"writeMajorityCount" : 2,
"votingMembersCount" : 3,
"writableVotingMembersCount" : 3,
"optimes" : {
"lastCommittedOpTime" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"lastCommittedWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z"),
"readConcernMajorityOpTime" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"appliedOpTime" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"durableOpTime" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"lastAppliedWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z"),
"lastDurableWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z")
},
"lastStableRecoveryTimestamp" : Timestamp(1694600279, 1),
"electionCandidateMetrics" : {
"lastElectionReason" : "electionTimeout",
"lastElectionDate" : ISODate("2023-09-13T1008.624Z"),
"electionTerm" : NumberLong(1),
"lastCommittedOpTimeAtElection" : {
"ts" : Timestamp(1694599918, 1),
"t" : NumberLong(-1)
},
"lastSeenOpTimeAtElection" : {
"ts" : Timestamp(1694599918, 1),
"t" : NumberLong(-1)
},
"numVotesNeeded" : 2,
"priorityAtElection" : 1,
"electionTimeoutMillis" : NumberLong(10000),
"numCatchUpOps" : NumberLong(0),
"newTermStartDate" : ISODate("2023-09-13T1008.987Z"),
"wMajorityWriteAvailabilityDate" : ISODate("2023-09-13T1010.491Z")
},
"members" : [
{
"_id" : 0,
"name" : "192.168.3.141:27017",
"health" : 1,
"state" : 1,
"stateStr" : "PRIMARY",
"uptime" : 834,
"optime" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"optimeDate" : ISODate("2023-09-13T1049Z"),
"lastAppliedWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z"),
"lastDurableWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z"),
"syncSourceHost" : "",
"syncSourceId" : -1,
"infoMessage" : "",
"electionTime" : Timestamp(1694599928, 1),
"electionDate" : ISODate("2023-09-13T1008Z"),
"configVersion" : 1,
"configTerm" : 1,
"self" : true,
"lastHeartbeatMessage" : ""
},
{
"_id" : 1,
"name" : "192.168.3.142:27017",
"health" : 1,
"state" : 2,
"stateStr" : "SECONDARY",
"uptime" : 416,
"optime" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"optimeDurable" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"optimeDate" : ISODate("2023-09-13T1049Z"),
"optimeDurableDate" : ISODate("2023-09-13T1049Z"),
"lastAppliedWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z"),
"lastDurableWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z"),
"lastHeartbeat" : ISODate("2023-09-13T1054.667Z"),
"lastHeartbeatRecv" : ISODate("2023-09-13T1054.192Z"),
"pingMs" : NumberLong(0),
"lastHeartbeatMessage" : "",
"syncSourceHost" : "192.168.3.141:27017",
"syncSourceId" : 0,
"infoMessage" : "",
"configVersion" : 1,
"configTerm" : 1
},
{
"_id" : 2,
"name" : "192.168.3.143:27017",
"health" : 1,
"state" : 2,
"stateStr" : "SECONDARY",
"uptime" : 416,
"optime" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"optimeDurable" : {
"ts" : Timestamp(1694600329, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"optimeDate" : ISODate("2023-09-13T1049Z"),
"optimeDurableDate" : ISODate("2023-09-13T1049Z"),
"lastAppliedWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z"),
"lastDurableWallTime" : ISODate("2023-09-13T1049.099Z"),
"lastHeartbeat" : ISODate("2023-09-13T1054.667Z"),
"lastHeartbeatRecv" : ISODate("2023-09-13T1054.192Z"),
"pingMs" : NumberLong(0),
"lastHeartbeatMessage" : "",
"syncSourceHost" : "192.168.3.141:27017",
"syncSourceId" : 0,
"infoMessage" : "",
"configVersion" : 1,
"configTerm" : 1
}
],
"ok" : 1,
"$clusterTime" : {
"clusterTime" : Timestamp(1694600329, 1),
"signature" : {
"hash" : BinData(0,"TEVJDeHnCzlM41kvfsK8m3GP4L8="),
"keyId" : NumberLong("7278251270563954692")
}
},
"operationTime" : Timestamp(1694600329, 1)
}

7.5 判断主从节点

“primary” : “192.168.3.141:27017”,显示192.168.3.141主机为主节点

rs.isMaster()

s0:PRIMARY> rs.isMaster()
{
"topologyVersion" : {
"processId" : ObjectId("6501894c22234a6282b7934f"),
"counter" : NumberLong(6)
},
"hosts" : [
"192.168.3.141:27017",
"192.168.3.142:27017",
"192.168.3.143:27017"
],
"setName" : "rs0",
"setVersion" : 1,
"ismaster" : true,
"secondary" : false,
"primary" : "192.168.3.141:27017",
"me" : "192.168.3.141:27017",
"electionId" : ObjectId("7fffffff0000000000000001"),
"lastWrite" : {
"opTime" : {
"ts" : Timestamp(1694600459, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"lastWriteDate" : ISODate("2023-09-13T1059Z"),
"majorityOpTime" : {
"ts" : Timestamp(1694600459, 1),
"t" : NumberLong(1)
},
"majorityWriteDate" : ISODate("2023-09-13T1059Z")
},
"maxBsonObjectSize" : 16777216,
"maxMessageSizeBytes" : 48000000,
"maxWriteBatchSize" : 100000,
"localTime" : ISODate("2023-09-13T1002.808Z"),
"logicalSessionTimeoutMinutes" : 30,
"connectionId" : 15,
"minWireVersion" : 0,
"maxWireVersion" : 13,
"readOnly" : false,
"ok" : 1,
"$clusterTime" : {
"clusterTime" : Timestamp(1694600459, 1),
"signature" : {
"hash" : BinData(0,"K6fiimpJmajEAl5G2IovptISfL4="),
"keyId" : NumberLong("7278251270563954692")
}
},
"operationTime" : Timestamp(1694600459, 1)
}

八、测试MongoDB主从切换

8.1 停止主库的mongodb服务

停止主库的mongodb服务

systemctl stop mongod.service 

8.2 查看从库状态

其他从节点登录mongodb，查看mongodb的角色，发现node01节点已经切换为主库。

mongo

审核编辑：黄飞