MongoDB 集群安装指南

复制集安装

MongoDB 复制集由多个 MongoDB 实例组成，提供高可用性和数据冗余，包含一个主节点（Primary）和多个从节点（Secondary），支持自动故障转移，适合需要高可用性的应用。

1. 环境准备

硬件要求

组件	要求
服务器数量	至少 3 台（1 主 2 从）
CPU	至少 4 核
内存	至少 8GB
存储	至少 100GB SSD
网络	高速、低延迟的局域网

软件要求

MongoDB 相同版本（建议使用 LTS 版本）
操作系统：Linux（Ubuntu/CentOS/RHEL）或 Windows Server
关闭 SELinux 和防火墙（或配置相应规则）

服务器规划

主机名	IP 地址	角色	端口
mongo1	192.168.1.101	主节点	27017
mongo2	192.168.1.102	从节点	27017
mongo3	192.168.1.103	从节点	27017

2. 安装 MongoDB

在所有节点上安装 MongoDB，参考 MongoDB Linux 安装指南。

3. 配置复制集

创建数据目录

bash

# 在所有节点上执行
sudo mkdir -p /data/mongo
sudo chown -R mongod:mongod /data/mongo

修改配置文件

编辑 /etc/mongod.conf，在所有节点上添加以下配置：

yaml

# 基本配置
storage:
  dbPath: /data/mongo
  journal:
    enabled: true

systemLog:
  destination: file
  path: /var/log/mongodb/mongod.log
  logAppend: true

net:
  port: 27017
  bindIp: 0.0.0.0

replication:
  replSetName: rs0  # 复制集名称

启动 MongoDB 服务

bash

# 在所有节点上执行
sudo systemctl start mongod
sudo systemctl enable mongod

4. 初始化复制集

在任意一个节点上连接到 MongoDB，并初始化复制集：

javascript

// 连接到 MongoDB
mongosh

// 初始化复制集
rs.initiate({
  _id: "rs0",
  members: [
    { _id: 0, host: "192.168.1.101:27017" },
    { _id: 1, host: "192.168.1.102:27017" },
    { _id: 2, host: "192.168.1.103:27017" }
  ]
})

5. 验证复制集状态

javascript

// 查看复制集状态
rs.status()

// 查看复制集配置
rs.conf()

// 查看从节点复制信息
rs.printSlaveReplicationInfo()

6. 添加仲裁者（可选）

如果只有 2 个数据节点，可以添加一个仲裁者（Arbiter）来满足多数派要求：

javascript

// 添加仲裁者
rs.addArb("192.168.1.104:27017")

分片集群安装

MongoDB 分片集群由多个复制集组成，提供水平扩展能力，包含分片（Shard）、配置服务器（Config Server）和路由服务器（mongos），支持数据分片和负载均衡，适合需要处理大量数据和高并发请求的应用。

1. 环境准备

服务器规划

组件	主机名	IP 地址	端口	数量
配置服务器	config1	192.168.1.201	27019	3
	config2	192.168.1.202	27019
	config3	192.168.1.203	27019
路由服务器	mongos1	192.168.1.301	27017	2
	mongos2	192.168.1.302	27017
分片 1	shard1_1	192.168.1.401	27018	3
	shard1_2	192.168.1.402	27018
	shard1_3	192.168.1.403	27018
分片 2	shard2_1	192.168.1.501	27018	3
	shard2_2	192.168.1.502	27018
	shard2_3	192.168.1.503	27018

2. 安装 MongoDB

在所有节点上安装 MongoDB，参考 MongoDB Linux 安装指南。

3. 配置服务器安装

创建数据目录

bash

# 在所有配置服务器上执行
sudo mkdir -p /data/configdb
sudo chown -R mongod:mongod /data/configdb

修改配置文件

编辑 /etc/mongod.conf，在所有配置服务器上添加以下配置：

yaml

# 基本配置
storage:
  dbPath: /data/configdb
  journal:
    enabled: true

systemLog:
  destination: file
  path: /var/log/mongodb/config.log
  logAppend: true

net:
  port: 27019
  bindIp: 0.0.0.0

replication:
  replSetName: configReplSet  # 配置服务器复制集名称

sharding:
  clusterRole: configsvr  # 配置服务器角色

启动配置服务器

bash

# 在所有配置服务器上执行
sudo systemctl start mongod
sudo systemctl enable mongod

初始化配置服务器复制集

在任意一个配置服务器上连接到 MongoDB，并初始化复制集：

javascript

// 连接到配置服务器
mongosh --port 27019

// 初始化配置服务器复制集
rs.initiate({
  _id: "configReplSet",
  configsvr: true,
  members: [
    { _id: 0, host: "192.168.1.201:27019" },
    { _id: 1, host: "192.168.1.202:27019" },
    { _id: 2, host: "192.168.1.203:27019" }
  ]
})

4. 分片安装

创建数据目录

bash

# 在所有分片节点上执行
sudo mkdir -p /data/shard
sudo chown -R mongod:mongod /data/shard

修改配置文件

编辑 /etc/mongod.conf，在所有分片节点上添加以下配置：

yaml

# 基本配置
storage:
  dbPath: /data/shard
  journal:
    enabled: true

systemLog:
  destination: file
  path: /var/log/mongodb/shard.log
  logAppend: true

net:
  port: 27018
  bindIp: 0.0.0.0

replication:
  replSetName: shard1  # 分片 1 复制集名称
  # replSetName: shard2  # 分片 2 复制集名称（在分片 2 节点上使用）

sharding:
  clusterRole: shardsvr  # 分片角色

启动分片节点

bash

# 在所有分片节点上执行
sudo systemctl start mongod
sudo systemctl enable mongod

初始化分片复制集

在每个分片的任意一个节点上连接到 MongoDB，并初始化复制集：

javascript

// 连接到分片 1 节点
mongosh --port 27018

// 初始化分片 1 复制集
rs.initiate({
  _id: "shard1",
  members: [
    { _id: 0, host: "192.168.1.401:27018" },
    { _id: 1, host: "192.168.1.402:27018" },
    { _id: 2, host: "192.168.1.403:27018" }
  ]
})

javascript

// 连接到分片 2 节点
mongosh --port 27018

// 初始化分片 2 复制集
rs.initiate({
  _id: "shard2",
  members: [
    { _id: 0, host: "192.168.1.501:27018" },
    { _id: 1, host: "192.168.1.502:27018" },
    { _id: 2, host: "192.168.1.503:27018" }
  ]
})

5. 路由服务器安装

创建日志目录

bash

# 在所有路由服务器上执行
sudo mkdir -p /var/log/mongodb
sudo chown -R mongod:mongod /var/log/mongodb

启动路由服务器

bash

# 在所有路由服务器上执行
mongos --configdb configReplSet/192.168.1.201:27019,192.168.1.202:27019,192.168.1.203:27019 --bind_ip 0.0.0.0 --port 27017 --logpath /var/log/mongodb/mongos.log --logappend --fork

创建系统服务（可选）

创建 /etc/systemd/system/mongos.service 文件：

ini

[Unit]
Description=MongoDB Sharded Cluster Router
After=network.target

[Service]
User=mongod
Group=mongod
ExecStart=/usr/bin/mongos --configdb configReplSet/192.168.1.201:27019,192.168.1.202:27019,192.168.1.203:27019 --bind_ip 0.0.0.0 --port 27017 --logpath /var/log/mongodb/mongos.log --logappend
PIDFile=/var/run/mongodb/mongos.pid
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
KillMode=process
Restart=always

[Install]
WantedBy=multi-user.target

启动并启用服务：

bash

sudo systemctl start mongos
sudo systemctl enable mongos

6. 配置分片集群

连接到任意一个路由服务器，并配置分片集群：

javascript

// 连接到路由服务器
mongosh

// 添加分片
db.adminCommand({ addShard: "shard1/192.168.1.401:27018,192.168.1.402:27018,192.168.1.403:27018" })
db.adminCommand({ addShard: "shard2/192.168.1.501:27018,192.168.1.502:27018,192.168.1.503:27018" })

// 查看分片状态
db.adminCommand({ listShards: 1 })

// 启用数据库分片
db.adminCommand({ enableSharding: "test" })

// 对集合进行分片（按 _id 字段的哈希值分片）
db.adminCommand({ shardCollection: "test.collection", key: { _id: "hashed" } })

// 或按范围分片
db.adminCommand({ shardCollection: "test.collection", key: { created_at: 1 } })

集群安全配置

1. 启用认证

创建管理员用户

javascript

// 连接到主节点或 mongos
use admin

// 创建根管理员用户
db.createUser({
  user: "admin",
  pwd: "password",
  roles: [{ role: "root", db: "admin" }]
})

修改配置文件

在所有节点的配置文件中添加：

yaml

security:
  authorization: enabled
  keyFile: /etc/mongodb/keyfile

创建密钥文件

bash

# 在任意一个节点上创建密钥文件
oopenssl rand -base64 756 > /etc/mongodb/keyfile
chmod 400 /etc/mongodb/keyfile
chown mongod:mongod /etc/mongodb/keyfile

# 将密钥文件复制到所有节点
scp /etc/mongodb/keyfile 192.168.1.102:/etc/mongodb/
scp /etc/mongodb/keyfile 192.168.1.103:/etc/mongodb/
# 复制到其他所有节点...

重启服务

bash

# 在所有节点上重启服务
sudo systemctl restart mongod
# 重启 mongos
sudo systemctl restart mongos

2. 配置 TLS/SSL

参考 MongoDB SSL/TLS 配置。

集群监控

1. 内置监控

javascript

// 查看集群状态
db.adminCommand({ replSetGetStatus: 1 })  // 复制集状态
db.adminCommand({ listShards: 1 })        // 分片状态
db.adminCommand({ shardConnString: 1 })   // 分片连接信息

2. 监控工具

MongoDB Atlas：内置监控和告警
Prometheus + Grafana：使用 MongoDB Exporter 收集指标
Datadog：自动发现和监控 MongoDB 集群
MongoDB Ops Manager：企业级监控和管理

集群维护

1. 备份与恢复

参考 MongoDB 备份类型选择
复制集可以从任意从节点备份
分片集群需要特殊的备份策略

2. 升级

参考 MongoDB 升级流程
复制集升级：滚动升级，先升级从节点，再升级主节点
分片集群升级：先升级配置服务器，再升级分片，最后升级 mongos

3. 扩容

复制集扩容

javascript

// 添加新节点
rs.add("192.168.1.104:27017")

// 查看节点状态
rs.status()

分片集群扩容

javascript

// 添加新分片
db.adminCommand({ addShard: "shard3/192.168.1.601:27018,192.168.1.602:27018,192.168.1.603:27018" })

// 平衡分片数据
db.adminCommand({ balancerStart: 1 })

常见问题及解决方案

1. 复制集初始化失败

原因：

网络连接问题
防火墙配置问题
配置文件错误
时钟不同步

解决方案：

检查网络连接和防火墙设置
验证配置文件语法
同步所有节点的系统时钟
查看日志文件获取详细错误信息

2. 分片集群无法添加分片

原因：

分片复制集未正确初始化
网络连接问题
认证配置错误

解决方案：

验证分片复制集状态
检查网络连接和防火墙设置
验证认证配置和密钥文件
查看 mongos 日志获取详细错误信息

3. 集群状态异常

原因：

节点故障
网络分区
资源不足

解决方案：

检查节点状态和日志
修复故障节点
恢复网络连接
增加节点资源

最佳实践

1. 规划与设计

根据业务需求选择合适的集群类型
合理规划服务器数量和配置
考虑未来扩容需求
设计合适的分片键

2. 部署

使用相同版本的 MongoDB
配置适当的硬件资源
启用认证和 TLS/SSL
配置监控和告警

3. 操作与维护

定期备份数据
监控集群状态和性能
定期进行故障演练
及时升级 MongoDB 版本
记录所有操作和变更

4. 性能优化

为查询创建合适的索引
优化分片键设计
调整 WiredTiger 缓存大小
监控慢查询并优化

常见问题（FAQ）

Q1: 复制集最少需要多少个节点？

A1: 复制集最少需要 3 个节点（1 主 2 从）来实现自动故障转移。如果只有 2 个数据节点，可以添加一个仲裁者（Arbiter）来满足多数派要求。

Q2: 分片集群最少需要多少个服务器？

A2: 分片集群的最小配置：

配置服务器：3 个
路由服务器：2 个
分片：至少 1 个分片，每个分片 3 个节点
总共至少 8 个服务器

Q3: 如何选择分片键？

A3: 选择分片键的原则：

高选择性：具有大量不同值
均匀分布：数据能均匀分布到各个分片
查询模式匹配：与查询模式匹配，减少跨分片查询
避免热点：避免写入热点

Q4: 如何监控集群性能？

A4: 监控集群性能的方法：

使用 MongoDB 内置命令（rs.status(), db.serverStatus()）
使用 MongoDB Atlas 或其他监控工具
监控关键指标：CPU、内存、磁盘 I/O、网络、复制延迟等
设置合理的告警阈值

Q5: 如何处理集群故障？

A5: 处理集群故障的步骤：

识别故障类型和影响范围
查看日志获取详细错误信息
根据故障类型采取相应的修复措施
验证故障已解决
分析故障原因，防止再次发生

Q6: 如何升级集群？

A6: 升级集群的步骤：

备份数据
查看 MongoDB 升级文档，了解版本间的兼容性
按照正确的顺序升级（复制集：从节点 -> 主节点；分片集群：配置服务器 -> 分片 -> mongos）
验证升级后的集群状态
测试应用连接和功能

Q7: 如何扩容集群？

A7: 扩容集群的方法：

复制集：添加新节点
分片集群：添加新分片或扩展现有分片的节点
垂直扩容：增加节点的硬件资源
水平扩容：增加节点数量

Q8: 如何保障集群安全？

A8: 保障集群安全的措施：

启用认证和授权
配置 TLS/SSL 加密
限制网络访问（防火墙、bindIp）
定期更新 MongoDB 版本，修复安全漏洞
定期进行安全审计

Q9: 如何优化集群性能？

A9: 优化集群性能的方法：

为查询创建合适的索引
优化分片键设计
调整 WiredTiger 缓存大小
优化查询语句
增加节点资源
考虑读写分离

Q10: 如何选择合适的集群类型？

A10: 选择集群类型的依据：

复制集：适合需要高可用性和数据冗余的应用
分片集群：适合需要处理大量数据和高并发请求的应用
考虑数据量、并发量、可用性要求和预算等因素

集群部署案例

案例 1：小型应用复制集部署

需求：

高可用性
数据量较小（< 1TB）
并发请求较少

部署方案：

3 个节点的复制集
每个节点：4 核 CPU，8GB 内存，100GB SSD
启用认证和 TLS/SSL
配置监控和告警

案例 2：大型应用分片集群部署

需求：

数据量大（> 10TB）
高并发请求
水平扩展能力

部署方案：

2 个分片，每个分片 3 个节点
3 个配置服务器
2 个路由服务器
每个节点：8 核 CPU，16GB 内存，500GB SSD
启用认证和 TLS/SSL
配置详细的监控和告警
设计合适的分片键

MongoDB 集群安装指南 ​

复制集安装 ​

1. 环境准备 ​

硬件要求 ​

软件要求 ​

服务器规划 ​

2. 安装 MongoDB ​

3. 配置复制集 ​

创建数据目录 ​

修改配置文件 ​

启动 MongoDB 服务 ​

4. 初始化复制集 ​

5. 验证复制集状态 ​

6. 添加仲裁者（可选） ​

分片集群安装 ​

1. 环境准备 ​

服务器规划 ​

2. 安装 MongoDB ​

3. 配置服务器安装 ​

创建数据目录 ​

修改配置文件 ​

启动配置服务器 ​

初始化配置服务器复制集 ​

4. 分片安装 ​

创建数据目录 ​

修改配置文件 ​

启动分片节点 ​

初始化分片复制集 ​

5. 路由服务器安装 ​

创建日志目录 ​

启动路由服务器 ​

创建系统服务（可选） ​

6. 配置分片集群 ​

集群安全配置 ​

1. 启用认证 ​

创建管理员用户 ​

修改配置文件 ​

创建密钥文件 ​

重启服务 ​

2. 配置 TLS/SSL ​

集群监控 ​

1. 内置监控 ​

2. 监控工具 ​

集群维护 ​

1. 备份与恢复 ​

2. 升级 ​

3. 扩容 ​

复制集扩容 ​

分片集群扩容 ​

常见问题及解决方案 ​

1. 复制集初始化失败 ​

2. 分片集群无法添加分片 ​

3. 集群状态异常 ​

最佳实践 ​

1. 规划与设计 ​

2. 部署 ​

3. 操作与维护 ​

4. 性能优化 ​

常见问题（FAQ） ​

Q1: 复制集最少需要多少个节点？ ​

Q2: 分片集群最少需要多少个服务器？ ​

Q3: 如何选择分片键？ ​

Q4: 如何监控集群性能？ ​

Q5: 如何处理集群故障？ ​

Q6: 如何升级集群？ ​

Q7: 如何扩容集群？ ​

Q8: 如何保障集群安全？ ​

Q9: 如何优化集群性能？ ​

Q10: 如何选择合适的集群类型？ ​

集群部署案例 ​

案例 1：小型应用复制集部署 ​

案例 2：大型应用分片集群部署 ​

MongoDB 集群安装指南

复制集安装

1. 环境准备

硬件要求

软件要求

服务器规划

2. 安装 MongoDB

3. 配置复制集

创建数据目录

修改配置文件

启动 MongoDB 服务

4. 初始化复制集

5. 验证复制集状态

6. 添加仲裁者（可选）

分片集群安装

1. 环境准备

服务器规划

2. 安装 MongoDB

3. 配置服务器安装

创建数据目录

修改配置文件

启动配置服务器

初始化配置服务器复制集

4. 分片安装

创建数据目录

修改配置文件

启动分片节点

初始化分片复制集

5. 路由服务器安装

创建日志目录

启动路由服务器

创建系统服务（可选）

6. 配置分片集群

集群安全配置

1. 启用认证

创建管理员用户

修改配置文件

创建密钥文件

重启服务

2. 配置 TLS/SSL

集群监控

1. 内置监控

2. 监控工具

集群维护

1. 备份与恢复

2. 升级

3. 扩容

复制集扩容

分片集群扩容

常见问题及解决方案

1. 复制集初始化失败

2. 分片集群无法添加分片

3. 集群状态异常

最佳实践

1. 规划与设计

2. 部署

3. 操作与维护

4. 性能优化

常见问题（FAQ）

Q1: 复制集最少需要多少个节点？

Q2: 分片集群最少需要多少个服务器？

Q3: 如何选择分片键？

Q4: 如何监控集群性能？

Q5: 如何处理集群故障？

Q6: 如何升级集群？

Q7: 如何扩容集群？

Q8: 如何保障集群安全？

Q9: 如何优化集群性能？

Q10: 如何选择合适的集群类型？

集群部署案例

案例 1：小型应用复制集部署

案例 2：大型应用分片集群部署