MongoDB单机与集群部署全解析：从单机到副本集实践指南

一、MongoDB单机部署：快速启动与基础配置

1.1 单机部署适用场景

单机部署适用于开发测试环境、小型应用或对数据可用性要求不高的场景。其核心优势在于部署简单、资源占用低，但存在单点故障风险。典型场景包括：

• 本地开发环境搭建
• 非关键业务数据的临时存储
• 资源受限的边缘计算节点

1.2 详细部署步骤（以Ubuntu 20.04为例）

1.2.1 系统环境准备

# 更新系统包
sudo apt update && sudo apt upgrade -y
# 安装依赖工具
sudo apt install -y wget curl gnupg2 lsb-release

1.2.2 MongoDB安装与配置

# 导入公钥
wget -qO - https://www.mongodb.org/static/pgp/server-6.0.asc | sudo apt-key add -
# 添加源（以MongoDB 6.0为例）
echo "deb [ arch=amd64,arm64 ] https://repo.mongodb.org/apt/ubuntu $(lsb_release -sc)/mongodb-org/6.0 multiverse" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/mongodb-org-6.0.list
# 安装MongoDB
sudo apt update && sudo apt install -y mongodb-org
# 启动服务
sudo systemctl start mongod
sudo systemctl enable mongod

1.2.3 基础配置优化

编辑/etc/mongod.conf文件进行关键配置：

storage:
  dbPath: /var/lib/mongodb
  journal:
    enabled: true
systemLog:
  destination: file
  path: /var/log/mongodb/mongod.log
  logAppend: true
net:
  port: 27017
  bindIp: 0.0.0.0  # 生产环境建议改为127.0.0.1或内网IP

1.3 单机部署验证

# 检查服务状态
sudo systemctl status mongod
# 连接测试
mongo --host 127.0.0.1 --port 27017
> db.runCommand({ping: 1})

二、MongoDB集群部署：副本集架构详解

2.1 副本集核心价值

MongoDB副本集通过主从复制和数据冗余实现：

• 高可用性：自动故障转移（通常<30秒）
• 数据安全：至少保存2个数据副本
• 读扩展：支持从节点读取（需配置读偏好）

2.2 三节点副本集部署实践

2.2.1 环境规划

节点	角色	IP地址	配置建议
Node1	Primary	192.168.1.10	4核8G+
Node2	Secondary	192.168.1.11	2核4G+
Node3	Arbiter	192.168.1.12	1核1G（仅仲裁）

2.2.2 节点初始化配置

在每个节点上修改配置文件：

replication:
  replSetName: "rs0"
  enableMajorityReadConcern: true

2.2.3 副本集初始化流程

1. 在Primary节点执行：

   rs.initiate({
   _id: "rs0",
   version: 1,
   members: [
    { _id: 0, host: "192.168.1.10:27017", priority: 2 },
    { _id: 1, host: "192.168.1.11:27017", priority: 1 },
    { _id: 2, host: "192.168.1.12:27017", arbiterOnly: true }
   ]
   })

2. 验证副本集状态：

   rs.status()
   // 正常状态应显示PRIMARY、SECONDARY、ARBITER各1个

2.3 副本集高级配置

2.3.1 读写分离配置

// 设置从节点可读（延迟敏感型应用慎用）
cfg = rs.conf()
cfg.settings = { getLastErrorModes: { "majority": { w: "majority" } } }
rs.reconfig(cfg)
// 客户端连接时指定读偏好
mongo --host 192.168.1.10 --eval "db.getMongo().setReadPref('secondaryPreferred')"

2.3.2 故障恢复演练

1. 模拟Primary故障：

   sudo systemctl stop mongod  # 在Primary节点执行

2. 观察选举过程：

   // 在任意存活节点执行
   while(true) {
   var status = rs.status();
   printjson(status.members.map(m=>m.name+":"+m.stateStr));
   sleep(1000);
   }

三、单机副本集：特殊场景解决方案

3.1 单机副本集实现原理

通过单节点运行副本集模式，满足以下需求：

• 开发环境模拟生产集群
• 本地测试选举逻辑
• 资源受限环境下的基础高可用

3.2 配置步骤

1. 修改配置文件启用副本集：

   replication:
   replSetName: "devrs"

2. 启动时指定副本集参数：

   mongod --replSet devrs --dbpath /data/db --port 27017 --fork --logpath /var/log/mongodb/mongod.log

3. 初始化单节点副本集：

   rs.initiate({
   _id: "devrs",
   members: [{ _id: 0, host: "localhost:27017" }]
   })

3.3 限制与注意事项

• 无法实现真正的故障转移（需至少3个数据节点）
• 选举功能受限（无法测试多数派决策）
• 适合开发测试，不推荐生产环境使用

四、部署方案选型指南

4.1 选型决策矩阵

评估维度	单机部署	副本集集群
数据可靠性	低（单点故障）	高（自动冗余）
运维复杂度	★☆☆	★★★
硬件成本	低	中高（至少3节点）
适用场景	开发/测试/非关键业务	生产环境/关键业务系统
扩展能力	垂直扩展	水平扩展+自动故障转移

4.2 最佳实践建议

1. 开发环境：

   • 使用单机部署或单机副本集
   • 配置内存限制防止资源耗尽：

     processManagement:
     fork: true
     systemLog:
     path: /tmp/mongodb.log
     storage:
     wiredTiger:
       engineConfig:
         cacheSizeGB: 1  # 限制内存使用

2. 生产环境：

   • 至少部署3个数据节点+1个仲裁节点（可选）
   • 监控关键指标：

     # 使用mongostat监控
     mongostat --host <primary_ip> --port 27017 --discover

3. 混合部署方案：

   • 核心业务采用完整副本集
   • 非关键业务使用分片集群的次要分片

五、常见问题解决方案

5.1 选举失败排查

1. 检查网络连通性：

   telnet 192.168.1.11 27017

2. 验证时间同步：

   # 在所有节点执行
   timedatectl status

3. 检查日志关键错误：

   grep -i "repl set" /var/log/mongodb/mongod.log

5.2 性能优化建议

1. 存储引擎调优（WiredTiger）：

   storage:
   wiredTiger:
    engineConfig:
      cacheSizeGB: 4  # 通常设为可用内存的50%
    collectionConfig:
      blockCompressor: zlib

2. 连接池配置：

   // 客户端连接字符串示例
   mongodb://user:pass@host1:27017,host2:27017/db?replicaSet=rs0&maxPoolSize=100&waitQueueTimeoutMS=5000

六、总结与展望

MongoDB的部署方案选择需要平衡可用性、成本和运维复杂度。单机部署适合资源受限的非关键场景，而副本集集群则是生产环境的标准配置。随着MongoDB 6.0引入的分布式事务和更精细的副本集控制，集群部署的灵活性和可靠性得到进一步提升。建议开发者根据业务重要性建立分级部署策略，核心系统采用多区域副本集部署，非关键业务采用混合架构，在保证可用性的同时优化资源利用率。