Replica Set的数据同步

shengnan007

    上一篇文章，我们了解了replica set是如何选举出primary的。当primary被选举出来，就开始处理系统中的写数据的请求，secondary要及时的同步这些写到primary中的最新的数据，保持MongoDB中数据的一致性，那么secondary是如何进行数据同步的呢？接下来我们详细分析这个问题。

同步
/ f6 e* ?8 l4 u! I
# l) E  T& q; t& `$ S, q# N( i    一个secondary在正常运行时，会选择replica set中的一个节点，从这个节点中叫做local.oplog.rs的collection，拉取oplog同步日志。获得同步日志后，进行下边的三项操作：
6 z: I4 i5 w/ {0 T+ Z! g    执行op日志
' ^" Q( Q* d+ G0 G# n    将op日志写入到自己的oplog中(也就是local.oplog.rs)
9 c7 w& v% S/ l. G    请求下一个op日志
9 w! c1 d# ?3 s  J9 T( n- a4 Z
6 g) z9 ~# D, p9 Y6 _( Q. k4 C  [! }    如果在第一步执行完毕，第二步还没有执行完的时候，secondary宕机了，那么在secondary重新恢复之后，会认为第二步的写操作还没有执行，重新开始执行第二步。在MongoDB的设计中，oplog的操作是具有幂等性的，也就是说将oplog中的某一条操作记录执行多次，不会影响结果的正确性。

  {3 i/ U  x3 y    比如说，有一个数据是{counter:1}，我们在primary中，对这个数据执行了操作{$inc:{counter:1}}，就是把counter字段的值增加1，结果是{counter:2}。Oplog不会记录inc操作，而是直接记录{$set:{counter:2}}。因此，对于oplog中的操作记录，无论执行多少次，都不会影响结果的正确性。
% {; P7 f: U: j7 E6 l- @
# }  W# @1 O) `8 V- iw参数

0 I3 j5 E( Q7 R7 I1 j8 @    当我们在MongoDB中执行一个写操作时，默认情况下，写操作指令发送后，就认为写操作执行成功了。为了保证系统可用性和数据安全性，我们可以更改配置，当写操作在n个节点（n包括primary，如果n=1，那就是在primary执行成功后返回）都执行成功后，才返回成功。这个配置的命令如下：
: Y: T6 v/ D) _4 F" g7 h+ [db.foo.runCommand({getLastError:1, w:2})

    在更改了这个配置之后，执行写操作的流程如下：
4 h6 ~1 B: d( w4 L1 c
1 a! Z0 {/ D: j2 P' }    在primary上完成写操作；
    写操作被记录在primary的oplog中，oplog中包含一个ts字段，记录了写操作发生的时间t；
: S$ y' U7 S" l3 J    客户端在primary中执行{getLastError:1, w:2}命令，primary完成了写操作，只要再有一个节点完成写操作，就可以满足w:2     了；
    secondary从primary获得oplog，获得上一次操作的记录；
    secondary执行oplog中刚才那一条时间t的操作；
    secondary从primary的oplog中获取时间t之后的log，条件为{ts:{$gt:t}}；
0 `  o' ]2 ~, l' W/ f    primary知道了secondary已经成功执行了时间t之前的oplog，因为secondary已经在请求时间t之后的oplog了；
1 b- q- B( R$ J- T% F% j    getLastError知道primary与secondary都完成了这次写操作，于是 w:2 的条件满足了，向客户端返回成功。
. m, e6 g1 `  A: b
( T+ ]7 V; Q1 V启动
5 h) N' E" A+ Q
1 F/ `/ A; {0 b    当在现有的某个replica set中加入一个新节点并启动时，这个新节点会查看自己的local.oplog.rs collection，执行一个叫 lastOpTimeWritten 的命令，查找到它最近的一条被secondary同步过的写操作。

    这个命令会返回一条oplog记录，其中的ts字段就是最近一次写操作的时间。如果一个节点启动的时候，oplog里没有数据，这个节点会同步其他节点中的所有数据。
4 V0 m9 E( O- \) L, l  H" o+ j% q. y
: p9 n! d8 M) l; C+ j9 B$ F选择同步源节点
7 }1 h8 @, s5 ^  c" g
* l7 {+ @9 L! l' ~& _8 M    Replica Sets中的节点从距离它“最近”的节点同步数据，这个“最近”是通过ping的时间来判断的。在节点之间的心跳检测中，会记录ping某个节点和收到响应的时间，通过这个时间的长短，来确定距离的远近，时间越长视为距离越远。知道了和节点之间的距离，再通过如下的算法，来确定可以同步数据的源节点：
& i$ ~) u. _& Z( h& L
for each member that is healthy:
    if member[state] == PRIMARY
        add to set of possible sync targets
* x0 O9 T% Q) O: O; \
+ ~& H( \2 E7 D/ N* O    if member[lastOpTimeWritten] > our[lastOpTimeWritten]
* K3 i( O. A/ t2 O" Z- h9 R8 k        add to set of possible sync targets

sync target = member with the min ping time from the possible sync targets

% o/ p: B6 i! @' @! F: m    对于节点是否健康，MongoDB各个版本的判断依据有所不同，但都是为了找到能够正常运行的节点。
" A2 l3 `$ Y% |7 s5 }4 r
    我们可以通过运行db.adminCommand({replSetGetStatus:1})命令来查看当前的节点状况，在secondary上运行这个命令的时候，能够看到syncingTo这个字段，这个字段的值就表示secondary节点同步数据的源节点。
" q! j' N8 }( a/ n
. a9 h+ a/ t! I0 X! l  j3 U链式同步
2 x9 V( l9 t4 P$ G9 C7 a
* m  _+ p7 O3 }1 U6 M3 d6 f    前边所说的内容，都是假设有一个primary和一个secondary，这种情况下的同步过程比较简单，但是如果有2个secondary或者更多，那么这个过程就要复杂的多。
. x4 H2 x4 r6 D" M% A; e
, D4 q" ^) N  `. p    我们用w：3来说明这个问题。比如S1和S2节点是secondary节点， P节点是primary节点，S1节点从P节点同步数据，S2节点从S1节点同步数据。这样P -> S1 -> S2 之间就形成了一个链。如果我们设定w为3，那么除了primary写入数据，还需要有两个secondaris完成同步，才可以返回成功。那么P节点如何能知道S2节点已经从S1节点同步成功了呢？

    MongoDB通过oplog同步协议来解决上述的多个节点同步的问题。
! @3 V/ j5 S) }8 |/ I+ h8 X
    当S2从S1同步数据时，S2会给S1发送一个特殊的握手消息，“Hi，我是S2，我要从你这同步数据了，把我也算到w参数里边吧。”
! m1 r  R4 W5 {) J
    当S1收到这个消息的时候，会说，“我不是primary节点，我可以把你这个计数转到我的同步源中去。”然后S1打开一个到P的新的连接，然后对P说，“这个连接你就当是S2的吧，把S2也算到w的计数中。”这个时候，S1和P之间有两个连接，一个是S1自己的，一个是为S2建立的。
9 d& l6 o3 V/ Y% W( {! b
" y0 N9 }+ F- s" D) y1 s  p    当P执行完写操作之后，S1首先会获取到P的oplog，执行完这个写操作之后，会告诉P，我已经执行完了。然后S2从S1获取到最新的oplog，同样执行这个写操作，执行完之后，告诉S1，我已经执行完了。S1在收到S2执行完毕的消息后，就通过S1代替S2建立的和P的连接，告诉P，我是代替S2建立的连接，现在S2也执行完这个写操作了。这个时候，P就知道已经有P、S1和S2都完成了这个写操作，w：3已经满足了，然后返回成功，完成这次操作。
' ?: o) T; P7 T- K
    具体三个节点间的连接如下图：

    S2                  S1               P

' i1 S+ j' v) K* ?( F+ c) M

                             <====>

: A& }( c+ ~# F0 a7 G# s. v

         <====>       <---->

3 m, M6 b: g3 V' F, m
) C6 `# B! P! w, ~0 S( [    S1和P之间有两条通道，双线那条是真正的同步连接，单线那条是一个虚拟连接。
  N5 p9 Y" Y" r+ a5 O, i

Reference，
% S* a$ {' U$ w  B2 e- e0 |
5 M' M- |7 N  O" O# S; G2 t- x[0] Replica Set Internals Bootcamp Part IV: Syncing
http://www.kchodorow.com/blog/2012/05/07/replica-set-internals-bootcamp-part-iv-syncing/
. c* s' `" R4 V- J

四处张望

哇...,没想到这里都能看到这类高水准文章。
可以偷懒不去搜索了。

shengnan007

四处张望 发表于 2012-9-18 13:33
哇...,没想到这里都能看到这类高水准文章。
0 A+ {" Y1 s6 @可以偷懒不去搜索了。

前期写的一次性发出来了，后续的还要等一等。写的慢啊，哈哈

四处张望

shengnan007 发表于 2012-9-18 13:34
前期写的一次性发出来了，后续的还要等一等。写的慢啊，哈哈

" Y/ U1 _+ B+ b2 g! m; k4 X邓侃在西河的文章，对我启发很大。可惜最近两年没有实践的机会，mongo db也就是浅尝辄止。现在有这般好帖，正好

假如十八

电脑小白路过学习。。。