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MongoDB 复制机制

一、复制原理

MongoDB的复制功能是使用操作日志oplog实现的,oplog包含主节点(Master)的每一次写操作,oplog是local本地数据库中的一个数据集合,其它非主节点(Secondary)通过读取主节点的oplog集合中的记录同步到对应的集合,然后再写入到自身的local数据库的oplog集合中。每个节点都维护着自己的oplog,记录着每一次从主节点复制数据的操作。这样每个成员都可以作为同步源提供给其它成员使用。

注意:需要注意Secondary节点同步数据的顺序是先同步数据,然后再写入oplog;这点和mysql的机制不同。但是每个节点oplog中记录的同步数据是完全一致的,所以也不担心被执行多次。

 

二、oplog集合

1.insert操作

/* 1 */

{

    "ts" : Timestamp(1520580648, 1),
    "t" : NumberLong(20),
    "h" : NumberLong(-8701728013874689868),
    "v" : 2,
    "op" : "i",
    "ns" : "test.person",
    "ui" : UUID("782befd9-80ae-4a2c-86ae-33a147e7c948"),
    "wall" : ISODate("2018-03-09T07:30:48.120Z"),
    "o" : {
        "_id" : ObjectId("5aa2382f7239a98c7e679114"),
        "name" : "zhang"
    }
}

2.update操作

/* 1 */

{
    "ts" : Timestamp(1520584444, 2),
    "t" : NumberLong(20),
    "h" : NumberLong(7151217369265341585),
    "v" : 2,
    "op" : "u",
    "ns" : "test.person",
    "ui" : UUID("782befd9-80ae-4a2c-86ae-33a147e7c948"),
    "o2" : {
        "_id" : ObjectId("5aa2382f7239a98c7e679114")
    },
    "wall" : ISODate("2018-03-09T08:34:04.777Z"),
    "o" : {
        "$v" : 1,
        "$set" : {
            "name" : "wang"
        }
    }
}
  • ts: 操作时间,当前timestamp + 计数器,计数器每秒都被重置
  • h:操作的全局唯一标识
  • v:oplog版本信息
  • op:操作类型:
  1. i:插入操作
  2. u:更新操作
  3. d:删除操作
  4. c:执行命令(如createDatabase,dropDatabase)
  5. n:空操作,特殊用途
  • ns:操作针对的集合
  • ui:
  • o:操作内容,如果是更新操作
  • o2:操作查询条件,仅update操作包含该字段
  • wall:记录的时间戳。

3.查询oplog集合

db.oplog.rs.find(

{"op":{$in:["i","u","d"]}}

)

.sort({"wall":-1});

三、初始化同步

1.选择一个成员作为同步源,在local.me中创建标识符;删除已存在的数据库。

2.将同步源的所有数据复制到本地。所有的操作都被集合到oplog中。

3.将第一个oplog同步中的操作记录下来。

4.创建相关索引,如果集合比较大该过程可能会花费很长的时间。

5.将创建索引过程中同步源增加的记录同步过来。

6.同步完成,修改节点状态为SECONDARY

四、心跳

每个成员每隔两秒钟就会向其它成员发送一个心跳请求,心跳的请求信息量非常的小,用于检查每个成员的状态。

心跳最主要的功能之一就是让主节点知道自己是否满足集合“大多数”的条件。如果主节点不再得到“大多数”服务器的支持,它就会退位变成备份节点。

成员状态

Number

Name

State Description

0

STARTUP

Not yet an active member of any set. All members start up in this state. The mongod parses the replica set configuration document while inSTARTUP.

1

PRIMARY

The member in state primary is the only member that can accept write operations. Eligible to vote.

2

SECONDARY

A member in state secondary is replicating the data store. Eligible to vote.

3

RECOVERING

Members either perform startup self-checks, or transition from completing a rollback or resync. Eligible to vote.

5

STARTUP2

The member has joined the set and is running an initial sync.

6

UNKNOWN

The member’s state, as seen from another member of the set, is not yet known.

7

ARBITER

Arbiters do not replicate data and exist solely to participate in elections.

8

DOWN

The member, as seen from another member of the set, is unreachable.

9

ROLLBACK

This member is actively performing a rollback. Data is not available for reads.

10

REMOVED

This member was once in a replica set but was subsequently removed.

五、选举

当一个成员无法到达主节点时,它就会申请被选举为主节点。希望被选举为主节点的成员会向它能到达的所有成员发送通知。如果这个成员不符合候选人的要求,其它成员可能会知道相关原因:这个成员的数据落后于副本集,或者已经有一个运行中的主节点(希望被选举为主节点的成员无法到达这个主节点)。在这些情况下,其它成员不会允许进行选举。

如果没有其它成员反对,其他成员就会对这个成员进行选举投票,如果满足副本集中“大多数”赞成票,它就被选举成功,转换成为主节点。否则选举失败仍然处于备份节点状态,之后还可以再次申请被选举为主节点。而主节点会一直主节点状态,除非它由于不再满足“大多数”的要求或者宕机而退位,另外副本集被重新配置也会导致主节点退位。

在网络良好的情况下,同时投票服务器也正常运行那么选举过程会很快,由于节点之间的互ping是每隔2S,所以如果有主节点不可用那么2S之内就会有成员发现,然后就会立即开始选举,整个过程正常只会花费几毫秒。如果存在网络问题或者服务器过载响应缓慢都有可能触发选举。在这种情况下,心跳会在最多10S之后超时。如果选举打成平局,每个成员都需要等待30S才能开始下一次选举,所以如果发生太多错误的情况下选举可能会花费几分钟的时间。

MongoDB 复制机制

六、回滚

 MongoDB 复制机制

一般情况下跨数据中心复制要比同数据中心复制慢。

上图的两个数据中心之间出现网络故障,DC1最后的操作是126,DC2最后的操作是125;DC1的126操作还没有被复制到DC2;由于采取的是多数节点的投票机制,DC2数据中心的副本满足“大多数”节点的要求(一共5台服务器,3台服务器即可超过半数投票)。因此其中一台服务器会被选举成为新的主节点,这个主节点会继续后续的写操作。假设在DC1的网络恢复之前DC2已经操作到了130。

DC1

123

124

125

126

DC2

123

124

125

126''

127''

128''

129''

130''

 

在DC1网络恢复之后,DC1就会从DC2同步126之后的操作,但是会发现这个操作是无法操作的,这时候DC1和DC2就会进入回滚过程,DC1和DC2会查找到二者共同的操作点125,DC1和DC2都会回滚到125,然后二者才会继续后面的同步操作

注意:如果回滚的数据量比较大需要很长的时间,这时可能会导致回滚失败,对于回滚失败的节点,必须要重新进行同步。一般造成这种情况的主要原因是备份节点远远落后于主节点,而这时主节点挂了。

 

 

 

 

 

 

 

 

备注:

    作者:pursuer.chen

    博客:http://www.cnblogs.com/chenmh

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