MongoDB是一個基于分布式文件存儲的數據庫。由C++語言編寫。旨在為WEB應用提供可擴展的高性能數據存儲解決方案。

介紹

想在筆記本電腦上嘗試 MongoDB？只需執行一個命令，你就會有一個輕量級的、獨立的沙箱。完成后可以刪除你所做的所有痕跡。

想在多個環境中使用相同的程序棧application stack副本？構建你自己的容器鏡像，讓你的開發、測試、運維和支持團隊使用相同的環境克隆。

容器正在徹底改變整個軟件生命周期：從最早的技術性實驗和概念證明，貫穿了開發、測試、部署和支持。

編排工具用來管理如何創建、升級多個容器，并使之高可用。編排還控制容器如何連接，以從多個微服務容器構建復雜的應用程序。

豐富的功能、簡單的工具和強大的 API 使容器和編排功能成為 DevOps 團隊的首選，將其集成到連續集成（CI） 和連續交付 （CD） 的工作流程中。

這篇文章探討了在容器中運行和編排 MongoDB 時遇到的額外挑戰，并說明了如何克服這些挑戰。

MongoDB 的注意事項

使用容器和編排運行 MongoDB 有一些額外的注意事項：

MongoDB 數據庫節點是有狀態的。如果容器發生故障并被重新編排，數據則會丟失（能夠從副本集的其他節點恢復，但這需要時間），這是不合需要的。為了解決這個問題，可以使用諸如 Kubernetes 中的數據卷volume 抽象等功能來將容器中臨時的 MongoDB 數據目錄映射到持久位置，以便數據在容器故障和重新編排過程中存留。一個副本集中的 MongoDB 數據庫節點必須能夠相互通信 – 包括重新編排后。副本集中的所有節點必須知道其所有對等節點的地址，但是當重新編排容器時，可能會使用不同的 IP 地址重新啟動。例如，Kubernetes Pod 中的所有容器共享一個 IP 地址，當重新編排 pod 時，IP 地址會發生變化。使用 Kubernetes，可以通過將 Kubernetes 服務與每個 MongoDB 節點相關聯來處理，該節點使用 Kubernetes DNS 服務提供“主機名”，以保持服務在重新編排中保持不變。一旦每個單獨的 MongoDB 節點運行起來（每個都在自己的容器中），則必須初始化副本集，并添加每個節點到其中。這可能需要在編排工具之外提供一些額外的處理。具體來說，必須使用目標副本集中的一個 MongoDB 節點來執行 rs.initiate 和 rs.add 命令。如果編排框架提供了容器的自動化重新編排（如 Kubernetes），那么這將增加 MongoDB 的彈性，因為這可以自動重新創建失敗的副本集成員，從而在沒有人為干預的情況下恢復完全的冗余級別。應該注意的是，雖然編排框架可能監控容器的狀態，但是不太可能監視容器內運行的應用程序或備份其數據。這意味著使用 MongoDB Enterprise Advanced 和 MongoDB Professional 中包含的 MongoDB Cloud Manager 等強大的監控和備份解決方案非常重要。可以考慮創建自己的鏡像，其中包含你首選的 MongoDB 版本和 MongoDB Automation Agent。

使用 Docker 和 Kubernetes 實現 MongoDB 副本集

如上節所述，分布式數據庫（如 MongoDB）在使用編排框架（如 Kubernetes）進行部署時，需要稍加注意。本節將介紹詳細介紹如何實現。

我們首先在單個 Kubernetes 集群中創建整個 MongoDB 副本集（通常在一個數據中心內，這顯然不能提供地理冗余）。實際上，很少有必要改變成跨多個集群運行，這些步驟將在后面描述。

副本集的每個成員將作為自己的 pod 運行，并提供一個公開 IP 地址和端口的服務。這個“固定”的 IP 地址非常重要，因為外部應用程序和其他副本集成員都可以依賴于它在重新編排 pod 的情況下保持不變。

下圖說明了其中一個 pod 以及相關的復制控制器和服務。

圖 1：MongoDB 副本集成員被配置為 Kubernetes Pod 并作為服務公開圖 1：MongoDB 副本集成員被配置為 Kubernetes Pod 并作為服務公開逐步介紹該配置中描述的資源：

從核心開始，有一個名為 mongo-node1 的容器。mongo-node1 包含一個名為 mongo 的鏡像，這是一個在 Docker Hub 上托管的一個公開可用的 MongoDB 容器鏡像。容器在集群中暴露端口 27107。Kubernetes 的數據卷功能用于將連接器中的 /data/db 目錄映射到名為 mongo-persistent-storage1 的永久存儲上，這又被映射到在 Google Cloud 中創建的名為 mongodb-disk1 的磁盤中。這是 MongoDB 存儲其數據的地方，這樣它可以在容器重新編排后保留。容器保存在一個 pod 中，該 pod 中有標簽命名為 mongo-node，并提供一個名為 rod 的（任意）示例。配置 mongo-node1 復制控制器以確保 mongo-node1 pod 的單個實例始終運行。名為 mongo-svc-a 的 負載均衡 服務給外部開放了一個 IP 地址以及 27017 端口，它被映射到容器相同的端口號上。該服務使用選擇器來匹配 pod 標簽來確定正確的 pod。外部 IP 地址和端口將用于應用程序以及副本集成員之間的通信。每個容器也有本地 IP 地址，但是當容器移動或重新啟動時，這些 IP 地址會變化，因此不會用于副本集。下一個圖顯示了副本集的第二個成員的配置。

圖 2：第二個 MongoDB 副本集成員配置為 Kubernetes Pod圖 2：第二個 MongoDB 副本集成員配置為 Kubernetes Pod90％ 的配置是一樣的，只有這些變化：

磁盤和卷名必須是唯一的，因此使用的是 mongodb-disk2 和 mongo-persistent-storage2Pod 被分配了一個 instance: jane 和 name: mongo-node2 的標簽，以便新的服務可以使用選擇器與圖 1 所示的 rod Pod 相區分。復制控制器命名為 mongo-rc2該服務名為mongo-svc-b，并獲得了一個唯一的外部 IP 地址（在這種情況下，Kubernetes 分配了 104.1.4.5）第三個副本成員的配置遵循相同的模式，下圖展示了完整的副本集：

圖 3：配置為 Kubernetes 服務的完整副本集成員圖 3：配置為 Kubernetes 服務的完整副本集成員請注意，即使在三個或更多節點的 Kubernetes 群集上運行圖 3 所示的配置，Kubernetes 可能（并且經常會）在同一主機上編排兩個或多個 MongoDB 副本集成員。這是因為 Kubernetes 將三個 pod 視為屬于三個獨立的服務。

為了在區域內增加冗余，可以創建一個附加的 headless 服務。新服務不向外界提供任何功能（甚至不會有 IP 地址），但是它可以讓 Kubernetes 通知三個 MongoDB pod 形成一個服務，所以 Kubernetes 會嘗試在不同的節點上編排它們。

圖 4：避免同一 MongoDB 副本集成員的 Headless 服務圖 4：避免同一 MongoDB 副本集成員的 Headless 服務配置和啟動 MongoDB 副本集所需的實際配置文件和命令可以在白皮書《啟用微服務：闡述容器和編排》中找到。特別的是，需要一些本文中描述的特殊步驟來將三個 MongoDB 實例組合成具備功能的、健壯的副本集。

多個可用區 MongoDB 副本集

上面創建的副本集存在風險，因為所有內容都在相同的 GCE 集群中運行，因此都在相同的可用區availability zone中。如果有一個重大事件使可用區離線，那么 MongoDB 副本集將不可用。如果需要地理冗余，則三個 pod 應該在三個不同的可用區或地區中運行。

令人驚奇的是，為了創建在三個區域之間分割的類似的副本集（需要三個集群），幾乎不需要改變。每個集群都需要自己的 Kubernetes YAML 文件，該文件僅為該副本集中的一個成員定義了 pod、復制控制器和服務。那么為每個區域創建一個集群，永久存儲和 MongoDB 節點是一件很簡單的事情。

圖 5：在多個可用區域上運行的副本集圖 5：在多個可用區域上運行的副本集下一步要了解有關容器和編排的更多信息 – 所涉及的技術和所提供的業務優勢 – 請閱讀白皮書《啟用微服務：闡述容器和編排》。該文件提供了獲取本文中描述的副本集，并在 Google Container Engine 中的 Docker 和 Kubernetes 上運行的完整的說明。