Docker 搭建集群MongoDB的实现步骤

前言

由于公司业务需要，我们打算自己搭建 MongoDB 的服务，因为 MongoDB 的云数据库好贵，我们这次采用副本集的方式来搭建集群，三台服务器，一主、一副、一仲裁

基本概念

Replica Set 副本集：一个副本集就是一组 MongoDB 实例组成的集群，由一个主（Primary）服务器和多个备份（Secondary）服务器构成

主节点（master）：主节点接收所有写入操作。主节点将对其数据集所做的所有更改记录到其 oplog。 副节点（secondary）：复制主节点的 oplog 并将操作应用到其数据集，如果主节点不可用，一个合格的副节点将被选为新的主节点。 仲裁节点（arbiter）：负载选举，当主节点不可用，它将从副节点中选一个作为主节点。

Sharding 分片：

Master-slave 主备

MongoDB 4.0 以上版本运行时提示：[main] Master/slave replication is no longer supported，也就是 MongoDB 4.0 后不在支持主从复制

一、环境准备

使用 CentOS 7.6 64bit 系统，安装 Docker、Docker-compose、Docker-Swarm

二、生成 KeyFile

MongoDB 使用 KeyFile 认证，副本集中的每个 MongoDB 实例使用 KeyFile 内容作为认证其他成员的共享密码。MongoDB 实例只有拥有正确的 KeyFile 才可以加入副本集。 keyFile 的内容必须是 6 到 1024 个字符的长度，且副本集所有成员的 KeyFile 内容必须相同。 有一点要注意是的：在 UNIX 系统中，KeyFile 必须没有组权限或完全权限（也就是权限要设置成 X00 的形式）。Windows 系统中，keyFile 权限没有被检查。 可以使用任意方法生成 keyFile。例如，如下操作使用 openssl 生成复杂的随机的 1024 个字符串。然后使用 chmod 修改文件权限，只给文件拥有者提供读权限。 这是 MongoDB 官方推荐 keyFile 的生成方式：

# 400权限是要保证安全性，否则mongod启动会报错 openssl rand -base64 756 > mongodb.key chmod 400 mongodb.key

二、创建跨主机网络

搭建集群我们肯定是跨主机通讯，要搭建 Overlay Network 网络，我们就要用到 Docker Swarm 这个工具了。Docker Swarm 是 Docker 内置的集群工具，它能够帮助我们更轻松地将服务部署到 Docker daemon 的集群之中。

既然要将 Docker 加入到集群，我们就必须先有一个集群，我们在任意一个 Docker 实例上都可以通过 docker swarm init 来初始化集群。

$ sudo docker swarm init Swarm initialized: current node (t4ydh2o5mwp5io2netepcauyl) is now a manager. To add a worker to this swarm, run the following command: docker swarm join --token SWMTKN-1-4dvxvx4n7magy5zh0g0de0xoues9azekw308jlv6hlvqwpriwy-cb43z26n5jbadk024tx0cqz5r 192.168.1.5:2377

在集群初始化后，这个 Docker 实例就自动成为了集群的管理节点，而其他 Docker 实例可以通过运行这里所打印的 docker swarm join 命令来加入集群。

加入到集群的节点默认为普通节点，如果要以管理节点的身份加入到集群中，我们可以通过 docker swarm join-token 命令来获得管理节点的加入命令。

$ sudo docker swarm join-token manager To add a manager to this swarm, run the following command: docker swarm join --token SWMTKN-1-60am9y6axwot0angn1e5inxrpzrj5d6aa91gx72f8et94wztm1-7lz0dth35wywekjd1qn30jtes 192.168.1.5:2377

我们通过这些命令来建立用于我们服务开发的 Docker 集群，并将相关开发同事的 Docker 加入到这个集群里，就完成了搭建跨主机网络的第一步。

建立跨主机网络

接下来，我们就通过 docker network create 命令来建立 Overlay 网络。

$ sudo docker network create --driver overlay --attachable mongodbs

在创建 Overlay 网络时，我们要加入 --attachable 选项以便不同机器上的 Docker 容器能够正常使用到它。

在创建了这个网络之后，我们可以在任何一个加入到集群的 Docker 实例上使用 docker network ls 查看一下其下的网络列表。我们会发现这个网络定义已经同步到了所有集群中的节点上。

$ sudo docker network ls NETWORK ID NAME DRIVER SCOPE ## ...... y89bt74ld9l8 mongodbs overlay swarm ## ......

接下来我们要修改 Docker Compose 的定义，让它使用这个我们已经定义好的网络，而不是再重新创建网络。

我们只需要在 Docker Compose 配置文件的网络定义部分，将网络的 external 属性设置为 true，就可以让 Docker Compose 将其建立的容器都连接到这个不属于 Docker Compose 的项目上了。

networks: mesh: external: true

通过这个实现，我们在开发中就使整个服务都处于一个可以使用别名映射网络中，避免了要对不同功能联调时切换服务 IP 的烦琐流程。在这种结构下，我们只需要让我们开发的 Docker 退出和加入不同的集群，就能马上做到切换不同联调项目。

二、编写 docker-compose 文件

主节点

version: "3" services: master: image: mongo:4.1 container_name: master environment: MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME: root MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD: 123456 TZ: "Asia/Shanghai" volumes: # 挂载 MongoDB 数据目录 - "/data/docker/mongodb/data/mongo:/data/db:rw" # 挂载 KeyFile - "/data/docker/mongodb/data/mongodb.key:/data/mongodb.key" ports: - "27018:27017" networks: - mongodbs command: # 密码 --auth # 副本集名称 --replSet testSet --oplogSize 128 --keyFile /data/mongodb.key # Swarm 跨主机网络网络 networks: mongodbs: external: true

副节点

version: "3" services: secondary: image: mongo:4.1 container_name: secondary environment: MONGO_INITDB_ROOT_USERNAME: root MONGO_INITDB_ROOT_PASSWORD: 123456 TZ: "Asia/Shanghai" volumes: - "/data/docker/mongodb/data/mongo:/data/db:rw" - "/data/docker/mongodb/data/mongodb.key:/data/mongodb.key" ports: - "27018:27017" networks: - mongodbs command: --auth --replSet testSet --oplogSize 128 --keyFile /data/mongodb.key networks: mongodbs: external: true

仲裁节点，因为仲裁节点不需要存储数据，他只是用来当主节点挂掉后选举新的主节点，所以不需要密码、映射端口等操作

version: "3" services: arbiter: image: mongo:4.1 container_name: arbiter restart: always volumes: - "/data/docker/mongodb/data/mongo:/data/db:rw" - "/data/docker/mongodb/data/mongo_key:/mongo:rw" networks: - mongodbs command: mongod --replSet testSet --smallfiles --oplogSize 128 networks: mongodbs: external: true

三、启动容器

接下来我们分别在三台服务器中使用容器编排启动容器

docker-compose up -d

四、配置副本集

进入主节点容器内部

docker exec -it master mongo

在 mongo shell 里执行：

> rs.initiate() { "info2" : "no configuration specified. Using a default configuration for the set", "me" : "7abd89794aa7:27017", "ok" : 1 }

继续执行：

testSet:SECONDARY> rs.add('secondary:27017') { "ok" : 1, "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1599562800, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"wrxMUIX/0bEyLgCVoQqdLvH59T0="), "keyId" : NumberLong("6870069879538450434") } }, "operationTime" : Timestamp(1599562800, 1) }

继续执行，其中 true 表示这个节点是仲裁节点

testSet:PRIMARY> rs.add('arbiter:27017',true) { "ok" : 1, "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1599562838, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"p9ub49lLD8ij8nkxpfu2l/AvRRY="), "keyId" : NumberLong("6870069879538450434") } }, "operationTime" : Timestamp(1599562838, 1) }

查看配置

testSet:PRIMARY> rs.conf() { "_id" : "testSet", "version" : 3, "protocolVersion" : NumberLong(1), "writeConcernMajorityJournalDefault" : true, "members" : [ { "_id" : 0, "host" : "7abd89794aa7:27017", "arbiterOnly" : false, "buildIndexes" : true, "hidden" : false, "priority" : 1, "tags" : { }, "slaveDelay" : NumberLong(0), "votes" : 1 }, { "_id" : 1, "host" : "secondary:27017", "arbiterOnly" : false, "buildIndexes" : true, "hidden" : false, "priority" : 1, "tags" : { }, "slaveDelay" : NumberLong(0), "votes" : 1 }, { "_id" : 2, "host" : "arbiter:27017", "arbiterOnly" : true, "buildIndexes" : true, "hidden" : false, "priority" : 0, "tags" : { }, "slaveDelay" : NumberLong(0), "votes" : 1 } ], "settings" : { "chainingAllowed" : true, "heartbeatIntervalMillis" : 2000, "heartbeatTimeoutSecs" : 10, "electionTimeoutMillis" : 10000, "catchUpTimeoutMillis" : -1, "catchUpTakeoverDelayMillis" : 30000, "getLastErrorModes" : { }, "getLastErrorDefaults" : { "w" : 1, "wtimeout" : 0 }, "replicaSetId" : ObjectId("5f576426fe90ef2dd8cd2700") } }

查看状态

testSet:PRIMARY> rs.status() { "set" : "testSet", "date" : ISODate("2020-09-08T11:45:12.096Z"), "myState" : 1, "term" : NumberLong(1), "syncingTo" : "", "syncSourceHost" : "", "syncSourceId" : -1, "heartbeatIntervalMillis" : NumberLong(2000), "optimes" : { "lastCommittedOpTime" : { "ts" : Timestamp(1599565502, 1), "t" : NumberLong(1) }, "lastCommittedWallTime" : ISODate("2020-09-08T11:45:02.775Z"), "readConcernMajorityOpTime" : { "ts" : Timestamp(1599565502, 1), "t" : NumberLong(1) }, "readConcernMajorityWallTime" : ISODate("2020-09-08T11:45:02.775Z"), "appliedOpTime" : { "ts" : Timestamp(1599565502, 1), "t" : NumberLong(1) }, "durableOpTime" : { "ts" : Timestamp(1599565502, 1), "t" : NumberLong(1) }, "lastAppliedWallTime" : ISODate("2020-09-08T11:45:02.775Z"), "lastDurableWallTime" : ISODate("2020-09-08T11:45:02.775Z") }, "lastStableRecoveryTimestamp" : Timestamp(1599565492, 1), "lastStableCheckpointTimestamp" : Timestamp(1599565492, 1), "members" : [ { "_id" : 0, "name" : "7abd89794aa7:27017", "ip" : "10.0.1.41", "health" : 1, "state" : 1, "stateStr" : "PRIMARY", "uptime" : 2784, "optime" : { "ts" : Timestamp(1599565502, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2020-09-08T11:45:02Z"), "syncingTo" : "", "syncSourceHost" : "", "syncSourceId" : -1, "infoMessage" : "", "electionTime" : Timestamp(1599562790, 2), "electionDate" : ISODate("2020-09-08T10:59:50Z"), "configVersion" : 3, "self" : true, "lastHeartbeatMessage" : "" }, { "_id" : 1, "name" : "secondary:27017", "ip" : "10.0.1.233", "health" : 1, "state" : 2, "stateStr" : "SECONDARY", "uptime" : 2711, "optime" : { "ts" : Timestamp(1599565502, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDurable" : { "ts" : Timestamp(1599565502, 1), "t" : NumberLong(1) }, "optimeDate" : ISODate("2020-09-08T11:45:02Z"), "optimeDurableDate" : ISODate("2020-09-08T11:45:02Z"), "lastHeartbeat" : ISODate("2020-09-08T11:45:11.494Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("2020-09-08T11:45:11.475Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "lastHeartbeatMessage" : "", "syncingTo" : "7abd89794aa7:27017", "syncSourceHost" : "7abd89794aa7:27017", "syncSourceId" : 0, "infoMessage" : "", "configVersion" : 3 }, { "_id" : 2, "name" : "arbiter:27017", "ip" : null, "health" : 0, "state" : 8, "stateStr" : "(not reachable/healthy)", "uptime" : 0, "lastHeartbeat" : ISODate("2020-09-08T11:45:10.463Z"), "lastHeartbeatRecv" : ISODate("1970-01-01T00:00:00Z"), "pingMs" : NumberLong(0), "lastHeartbeatMessage" : "Error connecting to arbiter:27017 :: caused by :: Could not find address for arbiter SocketException: Host not found (authoritative)", "syncingTo" : "", "syncSourceHost" : "", "syncSourceId" : -1, "infoMessage" : "", "configVersion" : -1 } ], "ok" : 1, "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1599565502, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"7/ei+8UrhlpIny9zKeWuAFpn46c="), "keyId" : NumberLong("6870069879538450434") } }, "operationTime" : Timestamp(1599565502, 1) }

五、验证 MongoDB 可用性

先进入主节点服务器添加一条数据

docker exec -it master mongo use admin db.auth('root', '123456') use test db.test.insert({name:"muyang",age:20})

在来副节点服务器查看是否已经同步了这条数据

[root@linux secondary] docker exec -it secondary mongo testSet:SECONDARY> use admin testSet:SECONDARY> db.auth('root', '123456') testSet:SECONDARY> use test testSet:SECONDARY> db.test.find() 2020-09-08T19:03:02.295+0800 E QUERY [js] uncaught exception: Error: listCollections failed: { "operationTime" : Timestamp(1599562972, 1), "ok" : 0, "errmsg" : "not master and slaveOk=false", "code" : 13435, "codeName" : "NotMasterNoSlaveOk", "$clusterTime" : { "clusterTime" : Timestamp(1599562972, 1), "signature" : { "hash" : BinData(0,"mhsrpGHRl7qZg2QOjyS3RbBb/Yc="), "keyId" : NumberLong("6870069879538450434") } } } : testSet:SECONDARY> rs.slaveOk() testSet:SECONDARY> db.users.find() { "_id" : ObjectId("5f5764b1f909544b783696c2"), "name" : "muyang", "age" : 20 }

在 secondary 查询时报如下错误：

not master and slaveok=false

这是正常的，因为 secondary 是不允许读写的，如果非要解决，方法如下：

testSet:SECONDARY> rs.slaveOk()