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。
) [6 Z- ~" A, E1 Z) Y
  A) K: t5 O) a) h$ K0 |& y同步

: e; I9 g) E% z' ~# n    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：
    执行op日志
    将op日志写入到自己的oplog中(也就是local.oplog.rs)
; x  C/ t, S, t# e    请求下一个op日志
2 J+ p# d4 f' v; p8 L# K) c
* y' @2 u% K* ^9 F8 P2 t) j    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。

    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。

+ x9 i* M" U% Mw参数
% A& _8 H1 k/ d, H
9 K) G  |' e) p7 V7 O9 o    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：
9 M3 ?! D9 d! l( I0 ydb.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：
# U  N9 C2 R6 B4 c. K' R
$ T7 l; `, }& F$ s+ a    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；
; i8 V- c- I3 t    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；
$ N# j8 g# c" _5 G6 ?6 j    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；
! [6 w9 o! A6 ?$ U    secondary从primary的oplog中获取时间t之后的log，条件为{ts:{$gt:t}}；
    primary知道了secondary已经成功执行了时间t之前的oplog，因为secondary已经在请求时间t之后的oplog了；
* ~( g0 T$ j8 _4 F' J6 h$ \) |    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。
4 E0 {2 e: F/ O; @
启动
. O+ }0 z0 G# ^2 T+ d5 P. B
* J  q; Z1 P( N( _    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。
4 H& c# J0 C6 Z# |9 `/ X
    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。

3 {3 O" M6 r. U9 A选择同步源节点
+ @5 R2 t/ W) {# s2 {+ b9 _
' Z+ ~* ?; h3 l. [, l: K    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：
8 |' L+ j+ c* `% p: m
for each member that is healthy:
    if member[state] == PRIMARY
: I/ D$ @; F! T3 }        add to set of possible sync targets
: X: |* {' r) G. B+ i; y
" L( P! C0 @6 a) l# K; [9 _1 N, V    if member[lastOpTimeWritten] > our[lastOpTimeWritten]
        add to set of possible sync targets
7 V2 @% T# ~7 m- K
8 {  `( v' g1 [5 `8 Hsync target = member with the min ping time from the possible sync targets
3 H$ t* q- t' @" x
9 P8 Z3 ~/ j4 `! q. b3 u& u    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。

6 f. B0 z) y; w8 z    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。
# f# b: g. h7 V2 G/ [6 K7 a8 }" ~
9 Q( |+ F! H4 B! }$ s链式同步
/ @7 ^3 s& ~! t7 I% a! A: Z
8 ~7 F7 s# F% _) O% b    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。
) n7 n/ b4 y2 T- S; a# c
  A/ S0 n. J$ Y3 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？

4 c* B; o  A3 H  `0 c& I    MongoDB通过oplog同步协议来解决上述的多个节点同步的问题。
" Q2 V# x: L# O9 e6 l9 x$ P3 t
    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。”

/ z9 f, K3 n, Q: q3 W7 J+ H: \    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。
! A) d2 y; f; z2 k) j5 A, N  s
    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。

6 W% N1 e7 I0 R( K! M- G0 @    具体三个节点间的连接如下图：
1 P: f% ^7 e- {+ f$ y

    S2                  S1               P

4 m+ a! A  T0 N+ Y( {

                             <====>

         <====>       <---->

6 [, L$ `" ^( r) e, A4 \
6 N* x* V- [* ^% [/ O* D' t    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。


2 F! _' s; d; h; r; u! x1 sReference，
$ s. x4 X( t! w) s7 x" _! \
[0] Replica Set Internals Bootcamp Part IV: Syncing
% ]2 I; q1 T1 f9 Q' o1 `4 Ahttp://www.kchodorow.com/blog/2012/05/07/replica-set-internals-bootcamp-part-iv-syncing/
: @7 |5 w* P6 j0 S

四处张望

哇...,没想到这里都能看到这类高水准文章。
6 U5 N, W9 w3 C/ e9 }% X可以偷懒不去搜索了。

shengnan007

四处张望 发表于 2012-9-18 13:33
3 z/ Y2 q& e$ N4 W- u( O4 w哇...,没想到这里都能看到这类高水准文章。
' D& l  {  q* w$ e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
& v7 i0 y( Q' B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。。。