使用Docker搭建MongoDB 5.0版本副本集集群

1、mongodb集群

首先我们需要了解mongodb的集群模式，mongodb安装分为单机安装和集群安装。集群安装分为：主从复制（Master-Slaver）集群、副本集（Replica Set）集群和分片集群（Sharded Cluster）。MongoDB的主从复制（Master-Slave Replication）已不再是官方推荐的特性，并且在未来的版本中可能会被移除。MongoDB官方推荐使用副本集（Replica Set）作为高可用性的解决方案。

1.1主从复制存在的问题

• 单点故障：Master节点故障时，没有自动故障转移机制。
• 数据量有限：Slave节点数据通常不可写，限制了数据总量的增长。
• 延迟和同步问题：Slave节点可能会落后于Master，导致数据延迟。
• 资源利用率低：需要额外资源来运行Slave节点。

1.2 副本集的优点

• 自动故障转移。
• 读写分离，能提供更好的读扩展能力。
• 副本集成员可配置为arbiter（仲裁），提供投票决定谁是主节点。

1.3 分片集群

• 用于跨多个服务器分布数据的方法，用于支持非常大的数据集和高吞吐量的操作

2、副本集节点选择

一个副本集最多有50个节点并且最多支持7个投票节点，其余节点必须是没有投票权的节点。副本集通过设置priority决定优先级，默认优先级为1，priority值是0到100之间的数字，数字越大优先级越高，priority=0，则此节点永远不能成为主节点primay。

副本集的最小推荐配置是三个节点：

• 一个主节点和两个从节点
• 一个主节点、一个从节点和仲裁节点

如果可能，尽可能在副本集中使用奇数个数据成员，而不要使用仲裁者。所以推荐使用的最低配置为：一个主节点和两个从节点。副本集在部署时如果当节点数目为偶数个时，需要部署一个仲裁节点，否则偶数个节点，当主节点挂了后，其他节点会变为只读。不会去选举其他主节点。

关于仲裁者说明：

仲裁者可随意部署在网络通的任何地方，不会占用什么系统资源，它只提供投票选举的功能，不存储数据。

3、拉取mongodb镜像

docker pull mongo:5.0

4、创建mongodb文件夹

首先在宿主机里面创建mongodb的存储数据文件夹

mkdir mongo01 && cd mongo01

进入mongo01创建conf、data、logs、tmp文件夹

mkdir conf data logs tmp

进入conf文件夹编写mongod.conf文件

# 数据库文件存储位置
dbpath = /data/db
# log文件存储位置
logpath = /data/log/mongod.log
# 使用追加的方式写日志
logappend = true
# 是否以守护进程方式运行
# fork = true
# 全部ip可以访问
bind_ip = 0.0.0.0
# 端口号
port = 27017
# 是否启用认证
auth = true
# 设置oplog的大小(MB)
oplogSize=2048
#指定秘钥文件
keyFile = /data/key/mongo.key
#指定副本集名称
replSet = rs

MongoDB 的 mongod.conf 文件从版本 3.2 开始支持 YAML 格式。可以使用更加简洁和结构化的语法来配置 MongoDB

# mongod.conf
# for documentation of all options, see:
#   http://docs.mongodb.org/manual/reference/configuration-options/
# Where and how to store data.
storage:
  dbPath: /data/db
  journal:
    enabled: true
#  engine:
  wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 1
# where to write logging data.
systemLog:
  destination: file
  logAppend: true
  path: /tmp/mongod.log
# network interfaces
net:
  port: 27017
  #bindIp: 127.0.0.1
  bindIp: 0.0.0.0
# how the process runs
processManagement:
  timeZoneInfo: /usr/share/zoneinfo
#开启认证
security:
  keyFile: /data/key/mongo.key
  authorization: enabled

#operationProfiling:

#replication:  配副本集名
replication:
  replSetName: rs

#sharding:

## Enterprise-Only Options:

#auditLog:

#snmp:

后面使用YAML格式进行配置说明。由于搭建副本集服务器，开启认证的同时，必须指定keyFile参数，节点之间的通讯基于该keyFile进行的。否则会启动失败。我们通过 docker logs 容器ID 查看docker日志可以发现启动的时候会报错：

BadValue: security.keyFile is required when authorization is enabled with replica sets

所以开始之前我们先把开启认证给注释掉，集群搭建成功后在开启认证。配置如下：

#开启认证
#security:
#  keyFile: /data/key/mongo.key
#  authorization: enabled

然后把配置好的mongo01文件夹拷贝两份

cp -r mongo01 mongo02
cp -r mongo01 mongo03

5、启动mongodb容器实例

Linux路径：

docker run -d --name mongo01 -p 27017:27017 --privileged=true -v ~/config/mongodb/mongo01/data:/data/db -v ~/config/mongodb/mongo01/conf:/data/configdb -v ~/config/mongodb/mongo01/logs:/data/log/  -v ~/config/mongodb/mongo01/tmp:/tmp  mongo:5.0   -f /data/configdb/mongod.conf 

docker run -d --name mongo02 -p 27018:27017 --privileged=true -v ~/config/mongodb/mongo02/data:/data/db -v ~/config/mongodb/mongo02/conf:/data/configdb -v ~/config/mongodb/mongo02/logs:/data/log/  -v ~/config/mongodb/mongo02/tmp:/tmp  mongo:5.0   -f /data/configdb/mongod.conf 

docker run -d --name mongo03 -p 27019:27017 --privileged=true -v ~/config/mongodb/mongo03/data:/data/db -v ~/config/mongodb/mongo03/conf:/data/configdb -v ~/config/mongodb/mongo03/logs:/data/log/  -v ~/config/mongodb/mongo03/tmp:/tmp  mongo:5.0   -f /data/configdb/mongod.conf 

如果为Windows系统把容器卷路径改为磁盘地址即可：

docker run -d --name mongo01 -p 27017:27017 --privileged=true -v D:/mongo/mongo01/data:/data/db -v D:/mongo/mongo01/conf:/data/configdb -v D:/mongo/mongo01/logs:/data/log/  -v D:/mongo/mongo01/tmp:/tmp  mongo:5.0   -f /data/configdb/mongod.conf 

启动成功后通过 docker ps 查看容器是否运行成功。

6、配置集群

随便进入一个容器节点进行集群配置。

docker exec -it mongo01 bash

进入容器后，登录mongodb命令行

mongo

执行配置副本集命令配置集群：

rs.initiate({_id: "rs",members: [{ _id: 0, host: "192.168.1.9:27017" },{ _id: 1, host: "192.168.1.9:27018" },{ _id: 2, host: "192.168.1.9:27019" }]})

_id: "rs" 副本集名要和配置文件中的一致。如果配置仲裁节点需要在改节点里面加上 arbiterOnly: true属性 如：

{ _id: 2, host: "192.168.1.9:27019", arbiterOnly: true}

也可以指定其 priority（ 优先级）。如果不指定，默认优先级为1。如指定第一个节点优先级为90：

{"_id":0,"host":"192.168.1.9:27017",priority:90}

执行上面rs.initiate(config）命令后，集群就搭建成功了。系统会选择一个节点当主节点。

配置成功后，目前不需要账号密码就能够登录。下面我们需要开启安全认证以保证数据库的安全。

7、集群后开启安全认证

7.1 创建root权限用户

由于我们的副本集已经搭建成功了。我们可以看到有一个PRIMAY节点和两个SECONDARY节点，进入主节点容器创建用户信息。

切到admin库

use admin

创建用户，用户名root，密码1234qwer，权限root，所属库admin

db.createUser({user:"root",pwd:"1234qwer",roles:[{role:'root',db:'admin'}]})

执行上面命令后用户就创建成功了，我们先退出容器。

7.2 创建密钥文件

使用openssl生成key文件，由于上面已经提到了想要在副本集中开启认证，必须指定keyFile参数，所有节点使用相同的key。所以我们需要使用openssl生成一个mongo.key文件，并把文件拷贝到容器内部。

首先确保Linux系统安装了openssl，查看是否安装命令：

openssl version

如果没有输出软件包信息，执行下面命令安装openssl

yum install openssl

安装成功后执行命令生成mongo.key文件。

openssl rand -base64 753 > mongo.key

执行成功后，会生成一个mongo.key文件。我们使用docker cp命令把文件拷贝到容器中。

docker cp ./mongo.key mongo01:/data/key/mongo.key

拷贝成功后，进入容器内部给文件授权。

docker exec -it mongo01 bash

进入/data/key命令给文件授权。

chown 999 mongo.key #设置文件归属权
chmod 400 mongo.key #设置文件为只读

上面的授权命令必须要执行，不然容器会启动失败。一定要注意！！！

7.3 开启认证

上面的步骤操作成功后，接下来我们就可以把配置文件中注释掉的开启认证参数给打开了。

#开启认证
security:
  keyFile: /data/key/mongo.key
  authorization: enabled

keyFile指定的路径为拷贝到docker容器内部文件存放的路径。

7.4 重启容器

把mongo.key文件也按照相同的方式拷贝到另外两个节点容器内。以上操作都成功后，就可以重新启动容器了。首先退出容器关闭所有容器副本集节点

docker stop mongo01
docker stop mongo02
docker stop mongo03

在启动容器

docker start mongo01 mongo02 mongo03

查看容器是否启动成功

docker ps

8、副本集相关命令

初始化副本集

rs.initiate(config)

查看状态

rs.status()

查看配置信息

rs.conf()

查看是否为主节点

rs.isMaster()

添加从节点

rs.add("192.168.1.9:27020" )

添加仲裁节点

rs.addArb("ip:27017")

删除节点

rs.remove("192.168.1.9:27020")

降级节点,主节点降级为从节点，并重新选举新的主节点

rs.stepDown(stepDownSecs, secondaryCatchUpPeriodSecs)

查看备份节点的复制信息

db.printSlaveReplicationInfo()

开启从节点为只读权限

rs.secondaryOk()

如果是4.0以下的版本，则是

rs.slaveOk()

每次宕机重连之后都需要执行方法,不然在从节点数据库中无法读取数据。

测试服务宕机

use admin;

db.shutdownServer();

9、可视化工具连接

我们可以使用mongodb可视化工具连接副本集，这里使用Studio 3T进行连接。

选择新建连接:

配置连接信息

指定连接类型、节点地址、副本集名称。输入账号密码:

点击连接