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[数据库]MongoDB 数据分发


在MongoDB(版本 3.2.9)中,数据的分发是指将collection的数据拆分成块(chunk),分布到不同的分片(shard)上,数据分发主要有2种方式:基于数据块(chunk)数量的均衡分发和基于片键范围(range)的定向分发。MongoDB内置均衡器(balancer),用于拆分块和移动块,自动实现数据块在不同shard上的均匀分布。balancer只保证每个shard上的chunk数量大致相同,不保证每个shard上的doc数量大致相同。块的默认大小是64MB。

一,数据按照chunk数量进行均衡分发

均衡分发是MongoDB自动实现的,使数据库架构对Application透明,简化系统的管理,使得向分片集群中增减分片变得容易。均衡分发是由MongoDB内置均衡器(balancer)来实现的,Balancer按照collection的索引字段来进行数据分发,该字段叫做片键(sharded key)。片键一般有三种类型:升序片键,随机片键和基于分组的片键。

例如:一个MongoDB分片集群有3个shard,分别是shard1,shar2,shard3。片键的最小值是:$MinKey,最大值是:$MaxKey。包含端值$MinKey的chunk是最小块,包含端值$MaxKey的chunk是最大块。

1,升序片键

升序片键类似date字段或者_id字段,是一种随着时间稳定增长的字段。假如分片的字段是_id字段,集合foo中存在10个doc,每个shard中存在一个数据块,分别是:chunk1:$MinKey-3,chunk2:4-8,chunk3:9-$MaxKey。

使用升序片键的劣势是:每次插入一个新的doc,都会插入到最大块中,这会导致所有的写请求都会被路由到同一个分片,导致最大块不断增长,不断被拆分,然后不断被移动到其他分片中,导致数据的写入不均衡,块移动会额外增加Disk的写数量。使用升序片键的优势是:按照片键进行范围读时,性能高。

2,随机片键

随机片键是指片键的值不是固定增长,而是一些没有规律的键值。由于写入数据是随机分发的,各分片增长的速度大致相同,减少了chunk 迁移的次数。使用随机分片的弊端是:范围查询速度慢。

3,基于分组的片键

基于分组的片键是两字段的复合片键,第一个字段用于分组,该字段的势最好是比较低的,势是在同一字段中不同值(distinct value)的数量或所占的比例;第二个字段用于自增,该字段最好是自增字段。这种片键策略是最好的,能够实现多热点数据的读写。

单个mongod 在处理升序写请求时是最有效的,数据只需要写入到集合的末尾。基于分组的片键,将数量不多的分组分布在分片集群中,每个shard只有少量的chunk,这样能够将数据的写操作分布在分片集群中的每个shard上,在单个shard上,以升序方式读写数据。一个shard上的分组太多,写请求就相当于随机写了,反而不好。

二,按照片键范围进行定向分发

如果希望特定范围的chunk被分发到特定的分片中,可以为分片添加tag,然后为tag指定相应的片键范围,这样,如果一个doc属于tag的片键范围,就会被定向到特定的shard中。

1,为shard指定tag

sh.addShardTag("shar1","shard_tag1");sh.addShardTag("shar2","shard_tag2");sh.addShardTag("shar3","shard_tag2");

2,为tag指定片键范围

sh.addTagRange(
"db_name.collection_name", {field:"min_value"}, {field:"max_value"}, "shard_tag")

每个shard的tag可以使用任意数量的tag,MongoDB的均衡器在移动块时,会将特定片键范围的chunk移动到特定的shard上。
三,手动进行数据的分发

MongoDB内置均衡器(balancer),自动实现数据块的拆分和移动,有时,可以关闭balancer,使用moveChunk命令手动移动数据块。

1,关闭balancer

连接到一个mongos,更新config.setting命名空间

use config
db.setting.update({"_id":"balancer"},{"enabled":false},true)

--or
sh.setBalancerState(false);

2,拆分块
拆分块是指新增一个边界点,将一个chunk在边界点处拆分成两个chunk。在MongoDB中,将片键从小到大排序,边界值属于右边的chunk。

sh.splitAt("db_name.collection_name",{sharded_filed:"new_boundary_value"})

3,移动块
MongoDB将包含指定文档的chunk移动到指定的shard上,必须使用片键来查找所要一定的chunk。

sh.moveChunk("db_name.collection_name",{sharded_filed:"value_in_chunk"},"new_shard_name")

4,启用balancer

sh.setBalancerState(true)

5,刷新mongos的缓存

在Application layer 和数据存储之间,存在一个Query Router,即mongos,mongos会在第一次启动或分片的元数据被更新之后,从config server 同步配置数据,并缓存在mongos中。有时,mongos无法从config server上及时同步最新的配置信息,导致无法路由到相应的chunk,不能返回正确的数据,可以使用flushRouterConfig 命令手动刷新mongos的缓存

db.adminCommand({"flushRouterConfig":1})

 

参考文档:

Sharding