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。
2 n9 q% Z3 b) N3 N- h: ]/ N
同步
, z% m; I' z1 l6 d5 i9 E
    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：
4 G6 R* u& H9 C# \! F0 R; ^    执行op日志
' \- V& {( y; i" u5 s1 n    将op日志写入到自己的oplog中(也就是local.oplog.rs)
    请求下一个op日志
. g( ]* g  o" O/ i
1 _" ]8 D. M( x; h5 Y" V    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。

+ y# _6 A0 A2 T    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。

: k0 I/ u  G4 L9 F( Jw参数
: M1 x5 H# J% b6 c
5 b$ c* `' l: }. d1 Q: A, e) |9 {    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：
- F7 l$ [% T  U9 f* s+ a0 N+ Idb.foo.runCommand({getLastError:1, w:2})
) _% W, U' @/ S8 H/ q$ f
    在更改了这个配置之后，执行写操作的流程如下：
0 A. d. U' t7 k% U6 \* S! I
    在primary上完成写操作；
" Z8 r8 P) v. G; Y( l  S7 T    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；
% s4 R0 f  w& x+ F    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；
7 Z7 d3 Z. ~, ~; [& s: p: Q    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}}；
    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。
) Z  |+ `5 `3 ?; T" P, a9 E
启动
2 F6 u& J% X4 \3 K- l
& T0 _: u! M7 C, X2 Y    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。

; {/ ~) O2 }# A+ v, _    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。

选择同步源节点
- d, l& f( v, u  N
    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:
    if member[state] == PRIMARY
% @% l9 V6 h8 ?+ i! g# ]        add to set of possible sync targets
2 l7 h) N" F3 d5 Z% q! d0 I
! f4 r3 f. z: u7 b  M    if member[lastOpTimeWritten] > our[lastOpTimeWritten]
        add to set of possible sync targets

sync target = member with the min ping time from the possible sync targets
0 Y+ O7 V& p  Y2 r$ L
/ Y& H' x' @, V& a! f    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 z8 Z  z, B$ C( _1 D& J2 v+ ?    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。

; i* S6 Y  O2 h( c7 k链式同步

    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。
+ n% m1 @2 I8 [3 h; t2 [0 n. D' x1 ]
$ l' I5 X% K" E: I( @1 g, q# S    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？
0 |: D8 Z6 n9 L6 ^( _# E$ D1 o# X/ ?
) z- B/ C) v- {# B& K  k( J, ^    MongoDB通过oplog同步协议来解决上述的多个节点同步的问题。

' `- f' G' _: L. w    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。”

    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。
; k$ v; i: ?9 F
3 o9 K4 j% f0 R! K8 D% [7 \* t    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。

    具体三个节点间的连接如下图：
* q( w$ g/ N3 c" ?0 ]6 z+ P

    S2                  S1               P

& x4 u" Y0 l  F" D

                             <====>

         <====>       <---->

    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。
) [' P1 ?7 H; D+ g; f0 D

Reference，

[0] Replica Set Internals Bootcamp Part IV: Syncing
* A! o6 I; {" G  v' Q- O* j, {8 Vhttp://www.kchodorow.com/blog/2012/05/07/replica-set-internals-bootcamp-part-iv-syncing/
4 V2 [9 o2 f9 n, v+ _: r) g* ?" v

四处张望

哇...,没想到这里都能看到这类高水准文章。
1 U3 O) e0 l- W' ?" D# d; Z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。
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

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。。。