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MongoDB 复制集（Replication Set）详解

MongoDB 复制集是一种高可用性和数据冗余的架构，适用于保障数据一致性和系统的持续运行。以下将详细介绍复制集的工作原理、配置方法及其实际应用场景。

复制集的核心原理

MongoDB 复制集由一个主节点（Primary）和若干从节点（Secondary）组成。所有写操作都直接写入主节点，而主节点将数据同步至从节点。该机制确保数据在主节点和从节点之间保持一致。

复制集的主要功能包括：

常见的复制集模式

1. PSS 模式

PSS（Primary + Secondary + Secondary）模式是官方推荐的复制集架构。它由一个主节点和两个从节点组成。主要特点是：

• 数据集有两个完整副本。
• 主节点故障时，备用节点会自动成为新主节点。

2. PSA 模式

PSA（Primary + Secondary + Arbiter）模式包括一个主节点、一个从节点和一个仲裁节点。仲裁节点仅用于选举投票，不存储数据。该模式提供一个完整数据副本，主节点故障时会自动切换到备用节点。

复制集的环境搭建

硬件要求

• 硬件配置必须一致，避免因硬件差异导致节点角色不平等。
• 硬件应具备独立性，避免同时发生故障。

软件要求

• 所有节点必须运行相同版本的 MongoDB，确保兼容性。
• 添加节点不会提升系统写性能。

搭建步骤

配置复制集

通过 mongosh 工具使用 rs.initiate() 初始化复制集。复制集成员间通过心跳机制同步状态，主节点通过选举机制确保一致性。

复制集的常用命令

安全认证

MongoDB 提供多种权限级别，确保数据安全。常见权限包括：

• read：读取权限。
• readWrite：读写权限。
• dbAdmin：执行数据库管理操作。
• dbOwner：全权限操作。
• userAdmin：管理用户权限。
• clusterAdmin：管理复制集和分片。
• readAnyDatabase 和 readWriteAnyDatabase：跨数据库读写权限。

用户管理

通过 db.createUser() 创建用户，指定角色权限。例如：

db.createUser({    user: "hushang",    pwd: "123456",    roles: [        { role: "clusterAdmin", db: "admin" },        { role: "userAdminAnyDatabase", db: "admin" },        { role: "dbAdminAnyDatabase", db: "admin" },        { role: "readWriteAnyDatabase", db: "admin" }    ]})

keyFile 配置

创建 keyFile

使用 openssl 生成 keyFile，确保权限为 600。

openssl rand -base64 756 > /mongodb/mongo.keychmod 600 /mongodb/mongo.key

部署 keyFile 认证

在每个 MongoDB 实例中启用 keyFile 认证，并设置正确的路径。

注意事项

• keyFile 配置后，需重启 MongoDB 服务。
• 确保所有节点的 keyFile 路径配置一致。

复制集成员角色

成员属性

• Priority：影响节点成为主节点的概率，值越高，成为主节点概率越大。
• Vote：决定是否参与选举投票，值为 0 表示不能投票。

成员角色

配置隐藏节点

通过 rs.conf() 设置成员为隐藏节点，确保其不参与业务访问。

cfg = rs.conf()cfg.members[2].priority = 0cfg.members[2].hidden = truers.reconfig(cfg)

查看隐藏节点

使用 db.isMaster() 查看当前节点角色，隐藏节点将不列在结果中。

配置延迟节点

延迟节点用于数据备份或快速回滚场景，需设置 secondaryDelaySecs。

cfg = rs.conf()cfg.members[2].priority = 0cfg.members[2].hidden = truecfg.members[2].secondaryDelaySecs = 60rs.reconfig(cfg)

添加仲裁节点

确保复制集拥有足够的投票成员，避免因偶数节点导致的故障。

添加命令

mongosh -u hushang -p 123456 --port 28018rs.addArb("ip:30000")

检查仲裁节点

使用 rs.conf() 查看仲裁节点属性，确保其角色为 arbiterOnly。

移除复制集节点

使用 rs.remove() 移除节点

rs.remove("ip:port")

使用 rs.reconfig() 重配置

cfg = rs.conf()cfg.members.splice(3, 1)rs.reconfig(cfg)

更改复制集成员

修改主节点地址，确保端口配置正确。

cfg = rs.conf()cfg.members[0].host = "new-ip:new-port"rs.reconfig(cfg)

通过以上配置和管理，MongoDB 复制集能够有效保障数据一致性和系统高可用性。