复制集配置与管理

复制集的基本概念

MongoDB复制集是一组维护相同数据集的mongod进程，提供数据冗余和高可用性。复制集通常由多个节点组成，其中包含一个主节点和多个从节点。主节点接收所有写操作，从节点通过复制主节点的操作日志来保持数据同步。当主节点不可用时，复制集会自动选举新的主节点，确保服务持续可用。

典型的复制集配置至少需要三个节点：

• 一个主节点（Primary）
• 两个从节点（Secondary）
• 可选的仲裁节点（Arbiter）

// 连接复制集的MongoDB客户端示例
const { MongoClient } = require('mongodb');
const uri = "mongodb://node1.example.com:27017,node2.example.com:27017,node3.example.com:27017/?replicaSet=myReplicaSet";
const client = new MongoClient(uri);

复制集的配置

初始化复制集

配置复制集首先需要在每个节点上启动mongod进程，并指定复制集名称。以下是启动三个节点的示例命令：

# 节点1
mongod --replSet myReplicaSet --dbpath /data/node1 --port 27017

# 节点2
mongod --replSet myReplicaSet --dbpath /data/node2 --port 27018

# 节点3
mongod --replSet myReplicaSet --dbpath /data/node3 --port 27019

初始化复制集需要通过mongo shell连接到其中一个节点并执行初始化命令：

// 在mongo shell中执行
rs.initiate({
  _id: "myReplicaSet",
  members: [
    { _id: 0, host: "node1.example.com:27017" },
    { _id: 1, host: "node2.example.com:27018" },
    { _id: 2, host: "node3.example.com:27019" }
  ]
})

复制集成员配置

复制集成员可以配置不同的角色和优先级：

// 配置优先级和隐藏节点
rs.reconfig({
  _id: "myReplicaSet",
  version: 2,
  members: [
    { _id: 0, host: "node1.example.com:27017", priority: 2 },
    { _id: 1, host: "node2.example.com:27018", priority: 1 },
    { 
      _id: 2, 
      host: "node3.example.com:27019", 
      priority: 0,
      hidden: true,
      slaveDelay: 3600  // 延迟1小时同步
    }
  ]
})

复制集的管理

监控复制集状态

使用rs.status()命令可以查看复制集的详细状态信息：

// 获取复制集状态
rs.status()

// 检查复制集配置
rs.conf()

// 查看复制集操作日志状态
rs.printReplicationInfo()

// 查看成员同步状态
rs.printSlaveReplicationInfo()

添加和移除节点

动态添加新节点到复制集：

// 添加新节点
rs.add("node4.example.com:27020")

// 移除节点
rs.remove("node3.example.com:27019")

故障转移测试

手动触发主节点降级以测试故障转移：

// 强制主节点降级为从节点
rs.stepDown(300)  // 300秒内不能重新成为主节点

// 查看当前主节点
rs.isMaster()

高级配置选项

读写关注设置

配置复制集的读写关注级别：

// 设置写关注为大多数节点确认
db.products.insertOne(
  { item: "envelope", qty: 100 },
  { writeConcern: { w: "majority", wtimeout: 5000 } }
)

// 设置读偏好为从节点
const collection = client.db("test").collection("products", {
  readPreference: 'secondary'
})

数据同步控制

配置oplog大小和同步行为：

# 启动时指定oplog大小（MB）
mongod --replSet myReplicaSet --oplogSize 2048

在运行时调整oplog大小：

// 连接到主节点的local数据库
use local

// 调整oplog大小
db.adminCommand({replSetResizeOplog: 1, size: 2048})

安全配置

复制集认证

启用复制集内部成员认证：

# mongod.conf配置文件
security:
  keyFile: /path/to/keyfile
replication:
  replSetName: myReplicaSet

创建keyfile并设置权限：

openssl rand -base64 756 > /path/to/keyfile
chmod 400 /path/to/keyfile

TLS/SSL加密

配置复制集成员间的TLS加密：

# mongod.conf配置文件
net:
  tls:
    mode: requireTLS
    certificateKeyFile: /path/to/server.pem
    CAFile: /path/to/ca.pem
replication:
  replSetName: myReplicaSet

性能优化

读写分离

利用从节点分担读负载：

// 设置读偏好为最近的节点
const collection = client.db("test").collection("products", {
  readPreference: 'nearest'
})

// 设置读偏好为特定标签的节点
const collection = client.db("test").collection("products", {
  readPreference: {
    mode: 'secondary',
    tags: [{ region: 'east' }]
  }
})

索引管理

确保从节点也建有合适的索引：

// 在主节点创建索引
db.products.createIndex({ item: 1 })

// 在从节点查看索引状态
db.products.getIndexes()

常见问题处理

节点同步延迟

处理节点同步延迟问题：

// 查看延迟情况
db.printSlaveReplicationInfo()

// 可能的解决方案
// 1. 增加oplog大小
// 2. 优化网络连接
// 3. 升级硬件性能

选举问题

诊断选举失败问题：

// 查看选举统计
rs.status().electionMetrics

// 常见原因
// 1. 网络分区
// 2. 节点间时钟不同步
// 3. 配置错误

备份与恢复

复制集备份策略

使用mongodump进行热备份：

# 从从节点备份
mongodump --host node2.example.com --port 27018 --out /backup/path

# 带oplog的备份
mongodump --oplog --out /backup/path

时间点恢复

利用oplog进行时间点恢复：

# 恢复基础备份
mongorestore --host node1.example.com --port 27017 /backup/path

# 应用oplog到指定时间点
mongorestore --oplogReplay --oplogLimit "1631059200" /backup/path