Docker 搭建集群MongoDB的实现步骤

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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：