Replica Set的数据同步

shengnan007

    上一篇文章，我们了解了replica set是如何选举出primary的。当primary被选举出来，就开始处理系统中的写数据的请求，secondary要及时的同步这些写到primary中的最新的数据，保持MongoDB中数据的一致性，那么secondary是如何进行数据同步的呢？接下来我们详细分析这个问题。

7 M: r9 n! C# W/ H* G同步

0 f4 v; R5 v: D. l    一个secondary在正常运行时，会选择replica set中的一个节点，从这个节点中叫做local.oplog.rs的collection，拉取oplog同步日志。获得同步日志后，进行下边的三项操作：
    执行op日志
    将op日志写入到自己的oplog中(也就是local.oplog.rs)
    请求下一个op日志

. Q: W: i) a& B& b    如果在第一步执行完毕，第二步还没有执行完的时候，secondary宕机了，那么在secondary重新恢复之后，会认为第二步的写操作还没有执行，重新开始执行第二步。在MongoDB的设计中，oplog的操作是具有幂等性的，也就是说将oplog中的某一条操作记录执行多次，不会影响结果的正确性。
4 N  a6 U$ S5 B3 t5 T
0 L$ ~& N% D" W: C% v  t6 ~5 Q0 @    比如说，有一个数据是{counter:1}，我们在primary中，对这个数据执行了操作{$inc:{counter:1}}，就是把counter字段的值增加1，结果是{counter:2}。Oplog不会记录inc操作，而是直接记录{$set:{counter:2}}。因此，对于oplog中的操作记录，无论执行多少次，都不会影响结果的正确性。
& f- h: ?7 e5 ^/ W9 w4 |* W* s
w参数
0 A. h4 f( t3 g* l
    当我们在MongoDB中执行一个写操作时，默认情况下，写操作指令发送后，就认为写操作执行成功了。为了保证系统可用性和数据安全性，我们可以更改配置，当写操作在n个节点（n包括primary，如果n=1，那就是在primary执行成功后返回）都执行成功后，才返回成功。这个配置的命令如下：
! M8 n# N9 b0 v0 S9 g, |db.foo.runCommand({getLastError:1, w:2})

    在更改了这个配置之后，执行写操作的流程如下：

    在primary上完成写操作；
    写操作被记录在primary的oplog中，oplog中包含一个ts字段，记录了写操作发生的时间t；
    客户端在primary中执行{getLastError:1, w:2}命令，primary完成了写操作，只要再有一个节点完成写操作，就可以满足w:2     了；
2 f) w+ J  q+ D    secondary从primary获得oplog，获得上一次操作的记录；
  z" U/ n/ `$ A4 X4 g    secondary执行oplog中刚才那一条时间t的操作；
; d5 I: n/ j# Z8 {& n. T    secondary从primary的oplog中获取时间t之后的log，条件为{ts:{$gt:t}}；
    primary知道了secondary已经成功执行了时间t之前的oplog，因为secondary已经在请求时间t之后的oplog了；
5 \: K6 P; s1 Q9 d    getLastError知道primary与secondary都完成了这次写操作，于是 w:2 的条件满足了，向客户端返回成功。
  t6 B# D/ O$ B& u
8 _6 `6 R$ r( A启动

9 Y( R3 ~3 S# {# D) p0 P! O    当在现有的某个replica set中加入一个新节点并启动时，这个新节点会查看自己的local.oplog.rs collection，执行一个叫 lastOpTimeWritten 的命令，查找到它最近的一条被secondary同步过的写操作。
! \8 \4 R) B: B7 k1 o
& u6 z8 b+ c+ w+ @    这个命令会返回一条oplog记录，其中的ts字段就是最近一次写操作的时间。如果一个节点启动的时候，oplog里没有数据，这个节点会同步其他节点中的所有数据。

+ I8 D- {  y' P+ h选择同步源节点
# n  c3 Q& C! ^9 q/ W- n: K5 N
    Replica Sets中的节点从距离它“最近”的节点同步数据，这个“最近”是通过ping的时间来判断的。在节点之间的心跳检测中，会记录ping某个节点和收到响应的时间，通过这个时间的长短，来确定距离的远近，时间越长视为距离越远。知道了和节点之间的距离，再通过如下的算法，来确定可以同步数据的源节点：
! B# z' W% k* M
$ B8 L: ], E3 G, ]for each member that is healthy:
    if member[state] == PRIMARY
* Q" S  W# x6 d        add to set of possible sync targets

    if member[lastOpTimeWritten] > our[lastOpTimeWritten]
        add to set of possible sync targets

sync target = member with the min ping time from the possible sync targets
! v8 @- P# e- r3 L' w) p5 N
$ A6 n. f' c7 e0 l) V. V7 \    对于节点是否健康，MongoDB各个版本的判断依据有所不同，但都是为了找到能够正常运行的节点。
$ w) v& c4 Y4 [  I# h2 y1 ^- a
5 a1 d  r( ^- w8 g1 j& v" D6 ^1 H    我们可以通过运行db.adminCommand({replSetGetStatus:1})命令来查看当前的节点状况，在secondary上运行这个命令的时候，能够看到syncingTo这个字段，这个字段的值就表示secondary节点同步数据的源节点。

链式同步

; @  I/ L1 e  v8 d9 _    前边所说的内容，都是假设有一个primary和一个secondary，这种情况下的同步过程比较简单，但是如果有2个secondary或者更多，那么这个过程就要复杂的多。
/ E0 O- V) Z$ A% Y) H
4 E2 v0 V0 e% Q! f! o    我们用w：3来说明这个问题。比如S1和S2节点是secondary节点， P节点是primary节点，S1节点从P节点同步数据，S2节点从S1节点同步数据。这样P -> S1 -> S2 之间就形成了一个链。如果我们设定w为3，那么除了primary写入数据，还需要有两个secondaris完成同步，才可以返回成功。那么P节点如何能知道S2节点已经从S1节点同步成功了呢？

8 b6 f9 W9 j) _% K6 H    MongoDB通过oplog同步协议来解决上述的多个节点同步的问题。
3 P4 u3 D4 ^" e0 q
    当S2从S1同步数据时，S2会给S1发送一个特殊的握手消息，“Hi，我是S2，我要从你这同步数据了，把我也算到w参数里边吧。”
6 z5 }  q% s3 V- y& f1 O; v# u
4 {. t. s9 Z# S% v% @5 D    当S1收到这个消息的时候，会说，“我不是primary节点，我可以把你这个计数转到我的同步源中去。”然后S1打开一个到P的新的连接，然后对P说，“这个连接你就当是S2的吧，把S2也算到w的计数中。”这个时候，S1和P之间有两个连接，一个是S1自己的，一个是为S2建立的。
0 F% _0 t$ ]  W+ h  s, j
    当P执行完写操作之后，S1首先会获取到P的oplog，执行完这个写操作之后，会告诉P，我已经执行完了。然后S2从S1获取到最新的oplog，同样执行这个写操作，执行完之后，告诉S1，我已经执行完了。S1在收到S2执行完毕的消息后，就通过S1代替S2建立的和P的连接，告诉P，我是代替S2建立的连接，现在S2也执行完这个写操作了。这个时候，P就知道已经有P、S1和S2都完成了这个写操作，w：3已经满足了，然后返回成功，完成这次操作。
+ r1 ^1 l4 B# b: e  h
( Q4 z$ h: ?0 b9 ]6 c' U% J0 p    具体三个节点间的连接如下图：
/ i& E4 a# H& o

    S2                  S1               P

                             <====>

( w1 k  R8 g  O1 q8 K6 A& ~6 a6 O

         <====>       <---->

$ m) P' e, w! m- M* G
5 W3 l% t) X0 u) x  I9 |" j    S1和P之间有两条通道，双线那条是真正的同步连接，单线那条是一个虚拟连接。


Reference，

3 _! a0 U  |- C' s! ^0 z[0] Replica Set Internals Bootcamp Part IV: Syncing
& M  M# Y- \7 b& ], ehttp://www.kchodorow.com/blog/2012/05/07/replica-set-internals-bootcamp-part-iv-syncing/

四处张望

哇...,没想到这里都能看到这类高水准文章。
可以偷懒不去搜索了。

shengnan007

四处张望 发表于 2012-9-18 13:33
/ v5 l0 _, |7 R1 @- r哇...,没想到这里都能看到这类高水准文章。
$ U* `/ j! ]$ v2 p可以偷懒不去搜索了。

. J2 Y' l4 X, A7 @% V前期写的一次性发出来了，后续的还要等一等。写的慢啊，哈哈

四处张望

shengnan007 发表于 2012-9-18 13:34
前期写的一次性发出来了，后续的还要等一等。写的慢啊，哈哈

4 F: _' F0 c1 r! j! [" z6 ?/ a  V邓侃在西河的文章，对我启发很大。可惜最近两年没有实践的机会，mongo db也就是浅尝辄止。现在有这般好帖，正好

假如十八

电脑小白路过学习。。。