设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 7537|回复: 19
打印 上一主题 下一主题

[信息技术] MongoDB架构概览

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
楼主
发表于 2012-9-18 12:31:10 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    关于MongoDB,我们能看到的资料,基本都是在指导大家如何使用MongoDB,但是,MongoDB内部是如何运作的,资料不是很多。
* z- W$ P7 x* A
. o; ?+ _: o$ l. ]$ H    阅读使用手册,会有很多疑惑之处。例如,有人说,MongoDB 等同于分布式的 MySQL。它把一个Table ,按 row,分割成多个Shards,分别存放在不同的 Servers 上。这种说法是否正确?
# x& N+ a: j) C* ]
) E+ c6 r' h5 {8 x# g: K- |    不深入了解 MongoDB 的内部结构,就无法透彻地回答类似问题。这个系列文章,就来和大家探讨MongoDB的内部的工作方式。
. Q& @0 {* _( T, a- t0 U4 K' _- C% [3 l0 a

8 x. R& r5 N  r" H3 M
  ?, z3 P2 V% M- B5 `图1-1 MongoDB架构图
7 J2 L7 n, ?9 J# E

" G7 M2 z, n1 ?* q    MongoDB 通常运行在一个服务器集群上,而不是一个单机。图1-1,描述了一个MongoDB集群的基本组成部分,包括若干shards,至少一个config server,至少一个routing servers(又称 mongos)。
; m: ]( k7 i; x+ I2 t  n" Q& x' n) v: X* A
Shards
1 A# A% p# E3 B7 _7 ^8 J6 g/ j/ q1 L5 o
    MongoDB的最基本的数据单元,叫document,类似于关系式数据库中的行 row。一系列documents,组成了一个collection,相当于关系式数据库中的table。当一个 collection 数据量太大时,可以把该collection按documents切分,分成多个数据块,每个数据块叫做一个chunk,多个chunks聚集在一起,组成了一个shard。
$ T. y, c  K/ J) k- a# e
7 V5 O9 j0 M9 I/ q    Sharding 的意义,不仅保障了数据库的扩容(scalability),同时也保障了系统的负载均衡(load balance)。4 d) g+ W3 |1 |

7 ]. X2 d) g% L' j    每一个shard存储在一个物理服务器(server)上。Server上运行着mongod进程,通过这个进程,对shard中的数据进行操作,主要是增删改查。
7 S" p- B, s4 `3 [! x6 x+ y& l' j/ [/ X
    如果系统中的每个shard,只存储了一份数据,没有备份,那么当这个shard所在的server挂了,数据就丢失了。在生产环境中,为了保证数据不丢失,为了提高系统的可用性(availability),每一个shard被存储多份,每个备份所在的servers,组成了一个replica set。
7 q8 f& t. @% s# `$ p3 Q
4 |9 y! K. e7 n% j9 \. g2 HShard keys4 h8 J1 ~5 a: B) C5 [
        ) j' L5 V% e, e- ]
    为了把collection切分成不同的chunks,从而存放到不同的shards中,我们需要制定一个切分的方式。
1 s- Y1 `& k9 {
2 ?* }0 l: w, F7 u3 u& [    如前所述,在 MongoDB 数据库中,一个表collection由多个行 documents 组成,而每个 document,有多个属性 fields。同一个 collection 中的不同的 documents,可能会有不同的 fields。例如,有个 collection 叫 Media,包含两条 documents,7 {" w6 [$ H# a" o: y! Q* C

- ~. m7 I& `* d4 Z0 H, v9 F{7 D0 B7 H, e8 Q  X
  "ISBN": "987-30-3652-5130-82",
7 v) l5 I( ^& D' A( H2 B5 D  "Type": "CD",0 m2 J. N8 {" A% k
  "Author": "Nirvana",
& a2 c# h1 r4 C4 X" R5 ?+ k3 L8 Z  "Title": "Nevermind",
/ j7 w  ^  f1 @$ b% C+ a8 l& T6 o  "Genre": "Grunge",& m$ |4 K0 K) Q/ D9 n( S1 N
   "Releasedate": "1991.09.24",
2 u7 C1 Q; w. q7 j   "Tracklist": [; \, q/ A' `9 u. g6 Z  D' y
     {
5 K: X8 u+ m% b$ i' L, ]        "Track" : "1",
2 i! ?: x- j/ s( E/ W- t        "Title" : "Smells like teen spirit",
9 [; P$ R) N7 Q) o2 ^5 X# D        "Length" : "5:02"; [$ r' y: N2 l# ^
     },' t2 @, S$ q, G+ U
     {
! h0 S4 ~; _/ A: t  Y* l        "Track" : "2",
) v8 p' ^2 l/ Z2 \* j' L        "Title" : "In Bloom",
% E6 f8 K! u% z2 |        "Length" : "4:15"
' c% Y! ~4 R% O9 \9 S     }
0 _! M6 E: c# ^& _- ?& N& c$ V   ]) p7 g6 C( G7 J1 Z- f0 f& y
}
9 v! m  ^+ v# v
( d- ^& D' {7 ?7 C$ D1 j{
7 Z7 T& g* r- a+ w6 F: f  "ISBN": "987-1-4302-3051-9",
" i! F2 N% j. {, C- r  "Type": "Book",, z9 ^. h- m( f+ m! Z  k( Y
  "Title": "Definite Guide to MongoDB: The NoSQL Database",. Y0 ^0 u" k3 _
  "Publisher": "Apress",4 Q$ z. T; S9 r! x9 {
  "Author": " Eelco Plugge",( Q9 R. R! \6 o2 K% i+ K
  "Releasedate": "2011.06.09"
  X8 I: l0 `0 b" h% E}
; t, p( d4 M2 m) k
% E5 v! I6 t  h. O# P    假如,在同一个 collection 中的所有 document,都包含某个共同的 field,例如前例中的“ISBN”,那么我们就可以按照这个 field 的值,来分割 collection。这个 field 的值,又称为 shard key。
; D4 b& B) f7 s! s. |. R, A9 X
' p4 L6 |9 y( G: x: B+ U    在选择shard key的时候,一定要确保这个key能够把collection均匀地切分成很多chunks。
* y; x5 r0 F4 K3 h' m6 f0 \7 L1 R( j9 x! |" ]2 _& E6 h* k
    例如,如果我们选择“author”作为shard key,如果有大量的作者是重名的,那么就会有大量的数据聚集在同一个chunk中。当然,假设很少有作者同名同姓,那么“author”也可以作为一个shard key。换句话说,shard key 的选择,与使用场景密切相关。
; q- d+ ]0 `5 m3 a( M3 w
# X9 A2 d) |2 }9 q1 ]    很多情况下,无论选择哪一个单一的 field 作为shard key,都无法均匀分割 collection。在这种情况下,我们可以考虑,用多个 fields,构成一个复合的shard key。
3 o* P7 \0 g% v  ]! M0 a" w- [
2 U! [' l% L8 {2 N: }    延续前例,假如有很多作者同名同姓,他们都叫“王二”。用 author 作为 shard key,显然无法均匀切割 collection。这时我们可以加上release-date,组成name-date的复合 shard key,例如“王二 2011”。
3 }: {- ^6 v8 x$ A5 c4 t# n; f% j2 F0 s
Chunks
' V0 U% s7 |+ Y1 h! c' _5 u        $ `) d$ S" g2 `
    MongoDB按 shard key,把 collection切割成若干 chunks。每个 chunk 的数据结构,是一个三元组,{collection,minKey,maxKey},如图1-2 所示。4 B# [* P! k# m) X* s9 D. i

2 J, o8 S9 }/ t; N/ k1 E
; Z6 S: Q# {5 q3 \7 w" P
图1-2 chunk的三元组

. ]  {' F! ?& R' m4 t
0 g0 S) x1 Z! S" c: z+ T( o    其中,collection 是数据库中某一个表的名称,而 minKey 和 maxKey 是 shard key的范围。每一个 document 的shard key 的值,决定了这条document应该存放在哪个chunk中。
. d* Y6 S8 ]" p. ]! b1 l8 W
" k# K- ?1 s6 `2 f# s* D    如果两条 documents 的 shard keys 的值很接近,这两条 documents 很可能被存放在同一个 chunk 中。* T# b, E( F1 H  d% k/ ]

  ~8 e. }# ^7 M9 |) ]! n  A- H' a' J: {    Shard key 的值的顺序,决定了 document 存放的 chunk。在 MongoDB 的文献中,这种切割 collection 的方式,称为order-preserving。
4 B2 H, y6 H$ W& C5 s  _* \- C: @
0 Y$ W2 L5 j- Z9 I4 Z- y, M  B: V    一个 chunk最多能够存储64MB的数据。 当某个chunk存储的 documents包含的数据量,接近这个阈值时,一个chunk会被切分成两个新的chunks。. Y* z; r9 {' T  @4 w  H

5 `0 a+ l: ~! s, ?  L- }3 S    当一个shard存储了过多的chunks,这个shard中的某些chunks会被迁移到其它 shard中。. L* h9 h* d1 p, @' J+ z: I; G
% @5 q* z# P/ q( J) a) q
    这里有个问题,假如某一条 document 包含的数据量很大,超过 64MB,一个 chunk 存放不下,怎么办?在后续章节介绍 GridFS 时,我们会详细讨论。
/ c) g2 g1 Q' _/ Y' o
1 E# ?/ v2 r) N1 iReplica set
- x3 A( c2 \- U- ~0 n: h        8 h0 ?8 r' z3 U+ i
    在生产环境中,为了保证数据不丢失,为了提高系统的可用性(availability),每一个shard被存储多份,每个备份所在的servers,组成了一个replica set。
* `, u7 D7 U; e1 \/ b2 U9 L/ G7 e* P! b
    这个replica set包括一个primary DB和多个secondary DBs。为了数据的一致性,所有的修改(insert / update / deletes) 请求都交给primary处理。处理结束之后,再异步地备份到其他secondary中。
0 V  z9 u9 X$ f5 U  H
/ M7 c* F2 t3 t) c% Y6 h: C    Primary DB由replica set中的所有servers,共同选举产生。当这个primaryDB server出错的时候,可以从replica set中重新选举一个新的primaryDB,从而避免了单点故障。
/ p; W+ A8 {  q; J6 s; u, |
$ |2 {/ e6 V  d. y    Replica set的选举策略和数据同步机制,确保了系统的数据的一致性。后文详述。. d- u0 B# `* G  P3 g' E, s

- S: Q! s6 G$ q5 y+ |Config Server$ e: e: }/ l* @+ Q
        + m8 B5 u' |$ `, i# |/ e" u
    Config servers用于存储MongoDB集群的元数据 metadata,这些元数据包括如下两个部分,每一个shard server包括哪些chunks,每个chunk存储了哪些 collections 的哪些 documents。% ]  n6 N0 h- T4 b! G6 i$ C" i
+ O; E3 Y4 w9 Y
    每一个config server都包括了MongoDB中所有chunk的信息。3 |7 b% R! ]! R9 O

  U2 d" ^9 M/ U$ [' X% s4 j, O    Config server也需要 replication。但是有趣的是,config server 采用了自己独特的replication模式,而没有沿用 replica set。, N3 H& X9 v" i1 m  H0 c8 d

! _; k& `" P- v0 Y; l4 n    如果任何一台config server挂了,整个 config server 集群中,其它 config server变成只读状态。这样做的原因,是避免在系统不稳定的情况下,冒然对元数据做任何改动,导致在不同的 config servers 中,出现元数据不一致的情况。
$ K6 L$ |9 w. ^$ S! Z: X2 o
/ Q3 ]! ^1 r  r. s    MongoDB的官方文档建议,配置3个config servers比较合适,既提供了足够的安全性,又避免了更多的config servers实例之间的数据同步,引起的元数据不一致的麻烦。
4 ^$ Q, o3 d1 \. ]* V6 V* h8 y7 o: W) {9 }+ x( n, C& q* V$ h
Mongos6 [' B$ w, |9 M& Q# V# P* B
; \1 p9 h' m4 ^8 a" f5 \& Y! i
    用户使用MongoDB 时,用户的操作请求,全部由mongos来转发。/ M: O7 u8 e1 P1 O$ B* Q

9 M2 h% S* ~& P    当 mongos 接收到用户请求时,它先查询 config server,找到存放相应数据的shard servers。然后把用户请求,转发到这些 shard servers。当这些 shard servers完成操作后,它们把结果分别返回给 mongos。而当 mongos 汇总了所有的结果后,它把结果返回给用户。
. `. f0 H/ s8 S3 _9 c# N* P# E( }0 h1 D- s( L
    Mongos每次启动的时候,都要到config servers中读取元数据,并缓存在本地。每当 config server中的元数据有改动,它都会通知所有的mongos。$ |/ q1 d, C& u) L5 x3 V: q
% b% z' V0 O& g1 ^# o6 i$ r) s$ }
    Mongos之间,不存在彼此协同工作的问题。因此,MongoDB所需要配置的mongos server的数量,没有限制。
* n! R; E. t& K. ?* v2 x+ d# ~$ i
    通过以上的介绍,我们对每个组成部分都有了基本的了解,但是涉及到工作的细节,我们尚有诸多疑问,例如,一个chunk的数据太大,如何切分?一个shard数据太多,如何迁移?在replica set中,如何选择primary?server挂了,怎么进行故障恢复?接下来的章节,我们逐个回答这些问题。
$ m+ J- x3 j: u; C, G8 w2 `; R
  b: A: z9 u" G6 g9 ]2 P; ?$ V' k# E; s4 r2 ?+ S; M# ?
Reference,
; X, t) r. n* |& ]  j  p) n5 G1 q6 L% T* d% D$ t, z4 t% }$ j$ Q
[0] Architectural Overview
' A. N, A) c- A8 t9 u3 ]: Ihttp://www.mongodb.org/display/DOCS/Sharding+Introduction
6 w, V1 y9 G/ W: I, }) ~8 D. O

评分

参与人数 1爱元 +10 学识 +5 收起 理由
不爱吱声 + 10 + 5 谢谢!有你,爱坛更精彩

查看全部评分

该用户从未签到

沙发
发表于 2012-9-18 12:40:50 | 只看该作者
本帖最后由 PenPen 于 2012-9-18 12:44 编辑
7 w- _, ~5 J  x1 q% X# ?
# V, m- e9 G0 O, ^$ {* z4 J0 t# _/ c& j1 q0 V
您是和邓侃一起写文章的盛楠么?

该用户从未签到

板凳
 楼主| 发表于 2012-9-18 12:44:19 | 只看该作者
呃。。。是我啊。。。

该用户从未签到

地板
 楼主| 发表于 2012-9-18 12:44:45 | 只看该作者
PenPen 发表于 2012-9-18 12:40 * v+ V8 s. E. y: |3 X% e0 s; m: @6 ?+ B
您是和邓侃一起写文章的盛楠么?

/ R: s  d* Y. _8 N' S3 u! n是我啊。。。这都能被认出来。。。

该用户从未签到

5#
发表于 2012-9-18 12:47:20 | 只看该作者
shengnan007 发表于 2012-9-18 12:44 8 @3 T0 V$ Y: q0 L5 D
是我啊。。。这都能被认出来。。。
' `; l4 d/ q! {* a( F) ^
这篇文章我读过。开始以为是转贴的,后来再一看id就发现真相了~

该用户从未签到

6#
 楼主| 发表于 2012-9-18 12:49:50 | 只看该作者
PenPen 发表于 2012-9-18 12:47 . k4 U8 E; z; F" {
这篇文章我读过。开始以为是转贴的,后来再一看id就发现真相了~
4 P% o* j) o; q9 I. `+ Z
多谢支持。还有两篇一会帖过来。后续的还在写。边看源码边写,比较慢,hoho。这里是要推荐才能变成正式会员是么?

点评

你已经是会员了~  发表于 2012-9-18 12:50
  • TA的每日心情
    奋斗
    2022-2-8 01:13
  • 签到天数: 171 天

    [LV.7]分神

    7#
    发表于 2012-9-18 12:51:42 | 只看该作者
    shengnan007 发表于 2012-9-17 22:49
    ' ?/ a* Z+ r9 s, g, j多谢支持。还有两篇一会帖过来。后续的还在写。边看源码边写,比较慢,hoho。这里是要推荐才能变成正式会 ...

    . @% y5 J: `9 a5 C  q欢迎,欢迎,已经给你变成正式会员了。

    该用户从未签到

    8#
     楼主| 发表于 2012-9-18 12:57:15 | 只看该作者
    不爱吱声 发表于 2012-9-18 12:51
    7 i0 C# L( I3 s$ @$ L. m欢迎,欢迎,已经给你变成正式会员了。
    : J+ _5 X0 T8 G7 k
    多谢多谢啦~~
  • TA的每日心情
    慵懒
    2020-1-15 02:37
  • 签到天数: 1287 天

    [LV.10]大乘

    9#
    发表于 2012-9-19 03:38:34 | 只看该作者
    我们现在的 technology stack 就是 php + mongodb,涉及财务方面的东西用 postgres。
    % u( @0 c8 ~& x6 Q" L3 e6 f) X8 M# f% R; L  j9 f, B; N2 J5 [

    该用户从未签到

    10#
    发表于 2012-9-19 04:21:40 | 只看该作者
    谢谢。
    ' y& _. i: e1 D$ k
    ! t. t! u& a! o' y8 L中文看得真累,大部分还是英文术语。+ N# e! P! Y  {: V$ |( U
    / F7 l1 }$ U) h+ U: J0 l% Y& O5 n
    这应该是一个系列吧,后面怎样寻找,执行指令等开始入门,还是说的太简单了。: U% x; j& ?' E0 B7 ?9 w
    & e3 I: }; V  h, |
    现在distributed DB在那些大网站很重要,现在开始有跟已有DB分庭抗礼的苗头,不过不是那里工作的话,其中的奥妙大概难说清楚。

    该用户从未签到

    11#
     楼主| 发表于 2012-9-19 08:40:52 | 只看该作者
    巴山 发表于 2012-9-19 03:38
    8 ^1 ]1 _4 i# v我们现在的 technology stack 就是 php + mongodb,涉及财务方面的东西用 postgres。
    + A" x# h2 y' \- r. s9 A
    5 ]" C0 s7 r7 w  @1 @ ...

    5 ?7 d+ {1 `  W( ~% v- e- K7 qmongoDB作为存储是没有问题的,财务这种核心数据,还是不建议使用mongoDB的

    点评

    主要是transaction acid的问题。  发表于 2012-9-27 17:12

    该用户从未签到

    12#
     楼主| 发表于 2012-9-19 08:44:52 | 只看该作者
    梦晓半生 发表于 2012-9-19 04:21 : j! d, s. V: a' Q
    谢谢。* U* ^6 y  I$ h+ [8 I3 f9 @" Z
    : c. f& [  Z5 v& u- P# X1 t
    中文看得真累,大部分还是英文术语。
    + l7 Y. d: V) W6 d& ]" x# A/ i
    现在关于mongoDB的文章,大部分都是在告诉大家怎么用,涉及到内部运行机理的文章,数量不多,而且不成体系。这个系列文章的目的,是让大家了解mongoDB的基本的运行机理,这样以后使用的时候,可以知其所以然。但是由于这方面的资料很少,我也是到处找资料,写了这么几篇,再往后,就是边使用,边看源码,边写了。
  • TA的每日心情
    奋斗
    2018-1-6 00:24
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    13#
    发表于 2012-9-19 14:16:01 | 只看该作者
    shengnan007 发表于 2012-9-18 12:44 , Q0 V  L/ d% e5 V% b6 f# C  {- s
    是我啊。。。这都能被认出来。。。
    6 P, v+ U; v, b( i
    是邓嫂么?

    该用户从未签到

    14#
     楼主| 发表于 2012-9-19 14:17:53 | 只看该作者
    profer 发表于 2012-9-19 14:16 ! U; _8 C0 I& K6 S; s: t
    是邓嫂么?
    " {( W1 p* Y. K/ D% V
    是邓的小兵
  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-9-9 20:24
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    15#
    发表于 2012-9-19 18:35:28 | 只看该作者
    有点惊讶 居然在这里看到这篇文章 呵呵 静待大作

    该用户从未签到

    16#
    发表于 2012-9-20 00:57:50 | 只看该作者
    shengnan007 发表于 2012-9-19 08:44 7 Q9 ~7 b0 H( b
    现在关于mongoDB的文章,大部分都是在告诉大家怎么用,涉及到内部运行机理的文章,数量不多,而且不成体 ...
    6 r4 M9 `+ o$ }% V
    太好了,期待中,希望都带上英文reference。
    . H2 ~) J+ @- U! }3 N( U- u7 [' I# y7 F  c
    现在这种新技术很多,Mongo是比较流行的一个,我这里附带一下一堆NoSQL的新系统,到最后估计会有几个胜出。6 V. X# e& f, v, s  _

    # W! G% T. h6 s( e) {http://en.wikipedia.org/wiki/NoSQL

    该用户从未签到

    17#
     楼主| 发表于 2012-9-20 08:53:41 | 只看该作者
    梦晓半生 发表于 2012-9-20 00:57
    9 X. p1 Q& W- s' h) z( J, g6 c' }太好了,期待中,希望都带上英文reference。7 s% ^, r- r" D+ A
    + s1 y1 w$ T7 \
    现在这种新技术很多,Mongo是比较流行的一个,我这里附带一 ...
    3 A/ z* ]4 ]- a
    现在写的也很纠结,资料太少了,哈哈

    该用户从未签到

    18#
    发表于 2012-9-21 11:52:33 | 只看该作者
    shengnan007 发表于 2012-9-20 08:53 * w) h" Z" u8 d6 ^; l
    现在写的也很纠结,资料太少了,哈哈
    + ], `* H1 `! ?% P( o+ e
    建议从NoSQL写起,这是推动新数据库设计的需求关系,原始动力。
    9 U% v+ a0 \1 A- S( f- S6 w, Y
    5 X' z* l3 N9 i7 Dhttp://en.wikipedia.org/wiki/NoSQL5 Z# S! r" m- S3 X
    5 z- t  o$ f* R
  • TA的每日心情
    郁闷
    2019-4-22 08:49
  • 签到天数: 38 天

    [LV.5]元婴

    19#
    发表于 2012-9-21 17:03:12 | 只看该作者
    恶魔吹笛来 发表于 2012-9-19 18:35
    5 }3 L. Z0 A# z% ^* S有点惊讶 居然在这里看到这篇文章 呵呵 静待大作
    5 [5 c3 C: Y( [. ^2 _$ S+ p
    有什么可惊讶的邓侃在前一个爱坛版本是很早的注册用户呢,从开心网一块迁移的。。。

    该用户从未签到

    20#
     楼主| 发表于 2012-9-24 09:11:03 | 只看该作者
    梦晓半生 发表于 2012-9-21 11:52 3 b0 Z0 e" v- z
    建议从NoSQL写起,这是推动新数据库设计的需求关系,原始动力。$ r& D/ g+ E; X7 h
    , B1 w) j- a0 D0 p  M' J. i& b8 B/ Z; P
    http://en.wikipedia.org/wiki/NoSQL
    * N* F) k8 N% O0 Q/ x
    好的好的,现在这个写完,然后开始写nosql

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2025-7-9 21:01 , Processed in 0.083805 second(s), 21 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表