mongodb在双活（主备）机房的部署方案和切换方案设计

1. 概述

现在很多高可用系统为了应对极端情况，比如主机宕机、网络故障以及机房宕机等灾难的发生，通常会部署主备架构（双机房），或者双活架构（双机房），甚至多活架构（三个机房或者以上），mongodb天然就适合部署双机房或者多机房，但是在发生机房宕机灾难时，也会遇到无法选举主节点的问题，本文重点讨论在主备或者双活架构下的mongodb的部署方案和切换方案，下文中的讨论以主备架构为例（双活同理）。

2. 主备架构网络部署图

在主备架构部署方案中，用户请求都是路由到主机房，备用机房无用户请求，为了简化示意，这里先把cdn、dns、waf等部分略去，重点突出应用和mongo集群内部节点的部署结构，如下图：

从上图可以看到，负载均衡和应用服务部分都是主备架构，mongodb集群是一体的（两边都会处理请求），没有主备之分，只是部署在两个机房而已。

当然，这种方式下，mongodb集群的资源利用率会高一些，不存在上层备用机房的应用服务的资源闲置浪费的问题。

3. mongodb的主备架构痛点

在主备架构环境中，mongodb的高可用部署方案，推荐复制组内的节点数是奇数（比如3个节点，1主2从），此时存在一个机房部署2个节点，一个机房部署1个节点，当部署2个节点的机房宕机时，由于另外一个机房只有1个节点，而mongodb的选举协议是raft一致性协议，此时是无法选举出主节点的（要求存活节点数大于原节点数的1/2），导致mongodb服务的不可用，示意图如下：

4. mongodb主备部署方案

针对章节3中遇到的问题，我们调整了部署方案，即在备用机房准备一个备用节点，平时是不启动的，仅在主机房灾难发生时，才启动该备用节点，示意图如下：

5. mongodb的主备切换方案

部署方案已经有了，下面谈一下主备切换方案，当主机房发生灾难时，我们要解决两个问题：

1. 怎么启动先前的备用节点。

2. 怎么让刚刚启动的备用节点加入到复制组中，否则是无法参与主节点选举的。

启动备用节点

在备用节点上准备好启动脚本，然后使用运维软件（例如saltstack）发送启动命令，即可启动备用节点。

备用节点加入复制组

我们知道如果要把一个新的节点加入复制组，是需要在主节点执行rs.add命令的，但是在灾难发生时，由于还没有主节点，是无法使用这个办法的，因此需要换一个思路，即让备用节点“替换”原主机房的从节点，这里的“替换”是指让复制组的其他成员认为该备用节点，就是原来的从节点，技术方案如下：

1. 首先复制组内的成员，在加入复制组时，使用域名替换ip的方式，例如：rs.add("shardA1.mongodb.net:27017")，同时修改mongodb集群所有服务器的/etc/hosts文件，配置shardA1.mongodb.net和IP的映射关系。

2. 在灾难发生时，先把mongodb集群内所有服务器的/etc/hosts中shardA1.mongodb.net对应的IP修改为备用节点的IP，再启动备用节点，此时复制组内的其他节点能快速连上新的节点。

解释一下，为什么把域名和IP的映射关系配置到hosts文件而不是配置到dns服务器，主要是考虑到修改hosts文件生效更快，从而快速选举出主节点。

小结

1. 该方案比较大的亮点是通过修改/etc/hosts文件的方式，让新的节点可以加入集群，从而快速完成主节点选举。

2. 该方案是一个比较通用的方案，适合很多分布式的系统使用，比如zookeeper等。

当然，在实施时，需要考虑主备双向切换，主备切换后监控原主机房的原从节点是否被启动等异常情景。

以上方案有任何不妥之处，欢迎斧正。