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。

7 C* I% {7 }1 q( l1 M同步
2 J  b$ a, ^) q2 Q9 m& @
    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：
8 P6 V0 K7 ~" ^. W# z# d. K    执行op日志
- X& w' L1 z6 ^/ }, J+ \    将op日志写入到自己的oplog中(也就是local.oplog.rs)
9 A- z) X! {" L    请求下一个op日志
9 u8 O. {/ z$ a- A8 U1 K1 K
    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。

: s3 K5 a5 J' ]( E$ y' A    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。
' A$ ^# L! K4 }. z
w参数

6 U+ }3 N9 Y* R" u, l+ g2 q! |    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：
6 U* c; c1 j3 j- k' Odb.foo.runCommand({getLastError:1, w:2})
0 h5 O8 L# r. V" D. T+ p. B7 m, ^
    在更改了这个配置之后，执行写操作的流程如下：

/ S: o4 ~( P$ A2 s) C1 T) r/ y1 j    在primary上完成写操作；
' v% M8 S8 g$ n    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；
) R. t# `$ f, p$ D5 \9 ~7 p7 y) [    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；
1 Z8 R0 s& z4 s* u! b- t6 B9 t    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；
3 \$ k, I9 t) J+ o" n    secondary从primary的oplog中获取时间t之后的log，条件为{ts:{$gt:t}}；
1 b- V- ^* U) N0 R4 m# \! q( _    primary知道了secondary已经成功执行了时间t之前的oplog，因为secondary已经在请求时间t之后的oplog了；
    getLastError知道primary与secondary都完成了这次写操作，于是 w:2 的条件满足了，向客户端返回成功。
5 Y- n1 l  z$ y1 ]. C% z
! L. o+ a# v: q2 j& X. O启动

8 x; N- c4 ^* L) u) M    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。
. n9 w, w5 a! O3 V! h5 N+ J$ i
    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。

, g- ~+ a3 [% t. h8 E& C选择同步源节点
9 c6 G, H3 d2 U9 W1 W+ d! i
    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：

for each member that is healthy:
4 V( H  ~7 z* X$ L; S- b9 \$ B    if member[state] == PRIMARY
        add to set of possible sync targets

! D0 n" m3 D) n& b0 a    if member[lastOpTimeWritten] > our[lastOpTimeWritten]
: Z  L0 [& R% C! o: h) V4 F        add to set of possible sync targets
6 v4 a  r3 v- J9 C- z+ G. D
" c6 X" Y% u2 }& h8 {sync target = member with the min ping time from the possible sync targets
0 Y- S6 N$ P0 g
    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。
& |2 M) F0 ^& B
    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。
. j4 C% d+ `, @9 Q' W, _
# V$ N0 l2 V( \. Q/ n" f链式同步

2 N& T& {, E5 r. H% I- V4 G9 y    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。

    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？
2 U& i3 Q: ^* P2 B* U1 e2 ~3 ?
    MongoDB通过oplog同步协议来解决上述的多个节点同步的问题。

    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。”
, E5 U; w' \* b" H) t! m
    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。
1 t$ {& W! @( q" p" m
) {( C. _" t5 N' q5 o! H    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。
: U7 v) ]9 C  {4 O# O+ }
    具体三个节点间的连接如下图：
2 B# y- Q. C& C# Z5 W  h( Z

    S2                  S1               P

# o$ B" m" S: W+ ^

                             <====>

         <====>       <---->

" N) r1 z; b. ]    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。


7 ?# f4 ~5 H4 zReference，

[0] Replica Set Internals Bootcamp Part IV: Syncing
+ f/ W% i! {4 bhttp://www.kchodorow.com/blog/2012/05/07/replica-set-internals-bootcamp-part-iv-syncing/

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。
' f# J3 C3 d3 b可以偷懒不去搜索了。

5 U1 u4 n$ B6 D" ~% P4 R" T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
) H8 V" Z% G# t2 [9 y9 [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

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。。。