Replication và Sharding trong MongoDB (P1)

Lưu ý: Tài liệu hiện tại được tham khảo theo phiên bản 7.0 của MongoDB documentation. Nếu có sai sót về tương thích phiên bản, vui lòng liên hệ với mình để mình có thể cập nhật sớm nhất nhé.

Khái niệm

Database replication là quá trình lưu trữ dữ liệu tương đồng giữa nhiều nodes được kết nối thông qua network để tăng cường tính sẵn sàng và khả năng tiếp cận. Nó cũng cải thiện khả năng phục hồi khi có sự cố xảy ra, giúp hệ thống thêm phần tin cậy.

Replication trong MongoDB

Một replicate set trong mongodb là một nhóm các mongod process có nhiệm vụ duy trì dataset giống nhau. Replicate set giúp cho mongodb có thêm cluster dự phòng đảm bảo luôn trong trạng thái high availability, nó là một trong những điều cơ bản mà việc triển khai lên production cần thực hiện.

Nhiều dữ liệu được copy trên nhiều database server khác nhau giúp cho hệ thống ổn định hơn, chịu lỗi tốt hơn và tránh được việc khi một database server bị lỗi.

Tăng khả năng chịu tải cho việc đọc bằng cách những client có thể gửi read operation đến các server khác nhau.

Ngoài ra, nó còn giúp cho việc tránh được sự cố và có thể khôi phục dữ liệu sau sự cố.

Replicate Set

Một replicate set trong MongoDB có thể chứa nhiều data bearing node (node chứa dữ liệu) và có thể tuỳ chọn một arbiter node (node chỉ sử dụng cho bầu cử, không chứa dữ liệu).

MongoDB cho phép tối đa 50 members và 7 voting members.

Trong số các node mang dữ liệu (bearing node), có 1 và chỉ 1 member được gọi là primary node, còn lại là secondary node. Cả primary và secondary node có thể cấu hình thuộc tính priority - thuộc tính khả năng trở thành primary node (0 - 1000). Tuy nhiên primary node và secondary node khác nhau ở chỗ:

• Chỉ primary node mới được nhận các write operation.
• Secondary node có thể có các thuộc tính là: primary-0 (không thể trở thành primary và không có quyền bầu cử) hoặc non-voting (không có quyền bầu cử). Bên cạnh đó còn có hidden member (tương tự như primary-0 nhưng invisible với client).

Tất cả các thay đổi sẽ được ghi vào oplog (operations log) - hệ thống log của MongoDB.

Tất cả các secondary node sẽ đồng bộ dữ liệu bất đồng bộ bằng cách đọc file oplog của primary node.

Trong một vài trường hợp, khi kinh phí không cho phép bạn có thể tạo nhiều secondary node hơn. Bạn vẫn có thể dùng arbiter node (priority: 0-1), node này chỉ có nhiệm vụ vote mà không đồng bộ dữ liệu từ primary node.

Automatic Failover

Khi primary node không communitate với những node member khác trong khoảng thời gian đã cài đặt là electionTimeoutMillis. Một cuộc bầu cử mới sẽ diễn ra và đưa một secondary node khác lên trở thành primary node. Khi đó primary node sẽ trong trạng thái offline và nếu khởi động lại sẽ thành secondary node.

Trong quá trình bầu cử, tất cả các write operations sẽ bị chặn lại. Tuy nhiên với các read operation sẽ vẫn được thực hiện nếu các secondary node đã được cấu hình cho phép đọc khi primary node offline.

Read Operations

Trong quá trình sao chép dữ liệu bất đồng bộ, đôi khi secondary node chưa kịp sao chép dữ liệu từ primary node dẫn đến việc đọc từ secondary node sẽ không khớp trạng thái đúng với primary node.

MongoDB có 5 read preference mode:

• primary: Mode mặc định. Tất cả các read operation đều thông qua primary node. Trong những giao tác phân tán (distributed transaction) chứa read operation thì phải dùng mode này.
• primaryPreferred: Trong nhiều trường hợp, các read operation đọc từ primary node nhưng nó không khả dụng, nó tiến hành chuyển sang đọc từ secondary node.
• secondary: Tất cả các read operation đọc từ secondary node. Thường dùng để giảm bớt tải cho primary node.
• secondaryPreferred: Các read operation thường đọc data từ secondary node. Nếu replicate set chỉ có mỗi primary node và không có node nào khác, nó sẽ tiến hành đọc dữ liệu từ primary node.
• nearest: Các read operation sẽ đọc ngẫu nhiên bất kể từ primary node hay secondary node dựa trên một ngưỡng độ trễ nhất định. Độ trễ có thể được tính toán dựa trên các yếu tố:
  • localThresholdMS
  • maxStalenessSeconds
  • tag set lists

Write Operations