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：快速入门与关键配置

1.1 单机部署的适用场景

MongoDB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
• 初创项目原型验证
• 非关键业务数据存储

1.2 单机部署的完整流程

1.2.1 环境准备

• 操作系统：推荐CentOS 7/8或Ubuntu 20.04 LTS
• 硬件配置：最低2核4G内存，建议4核8G以上
• 依赖安装：

  # CentOS示例
  sudo yum install -y libcurl openssl

1.2.2 安装MongoDB

• 社区版安装：

  # 添加MongoDB官方源
  sudo apt-get install gnupg wget
  wget -qO - https://www.mongodb.org/static/pgp/server-6.0.asc | sudo apt-key add -
  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
  sudo apt-get update
  sudo apt-get install -y mongodb-org

• 启动服务：

  sudo systemctl enable mongod
  sudo systemctl start mongod

1.2.3 基础配置优化

• 修改配置文件（/etc/mongod.conf）：

  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  # 开发环境可开放，生产环境建议绑定内网IP

• 创建管理用户：

  use admin
  db.createUser({
    user: "admin",
    pwd: "SecurePassword123!",
    roles: ["root"]
  })

1.3 单机部署的运维要点

• 日志监控：通过tail -f /var/log/mongodb/mongod.log实时查看日志
• 性能监控：使用mongostat和mongotop工具
• 备份策略：

  mongodump --host 127.0.0.1 --port 27017 --out /backup/$(date +%Y%m%d)

二、MongoDB集群部署：单机副本集实现高可用

2.1 副本集的核心价值

MongoDB副本集通过主从复制和自动故障转移实现高可用，相比单机部署具有以下优势：

• 数据冗余：防止单点故障
• 自动故障转移：主节点故障时自动选举新主节点
• 读扩展：支持从节点读操作

2.2 单机副本集的特殊场景

虽然典型副本集需要3个节点（1主+1从+1仲裁），但在资源受限环境下可通过”单机副本集”模拟集群行为，适用于：

• 开发环境模拟生产集群
• 资源有限的测试环境
• 临时性高可用需求

2.3 单机副本集部署步骤

2.3.1 配置多个数据目录

sudo mkdir -p /data/rs0/{db1,db2,db3}

2.3.2 启动多个mongod实例

创建三个配置文件（如/etc/mongod1.conf等）：

# mongod1.conf示例
storage:
  dbPath: /data/rs0/db1
net:
  port: 27017
replication:
  replSetName: "rs0"

启动命令：

mongod -f /etc/mongod1.conf --fork --logpath /var/log/mongodb/mongod1.log
mongod -f /etc/mongod2.conf --fork --logpath /var/log/mongodb/mongod2.log
mongod -f /etc/mongod3.conf --fork --logpath /var/log/mongodb/mongod3.log

2.3.3 初始化副本集

连接任一实例执行：

rs.initiate({
  _id: "rs0",
  members: [
    { _id: 0, host: "localhost:27017" },
    { _id: 1, host: "localhost:27018" },
    { _id: 2, host: "localhost:27019", arbiterOnly: true }
  ]
})

2.4 副本集运维管理

2.4.1 状态监控

rs.status()
rs.conf()

2.4.2 故障模拟与恢复

• 模拟主节点故障：kill -9 $(pgrep mongod -- -f "/etc/mongod1.conf")
• 观察选举过程：rs.status()会显示新主节点

2.4.3 配置调整

动态修改副本集配置：

var config = rs.conf()
config.settings = {
  "heartbeatIntervalMillis": 2000,
  "electionTimeoutMillis": 10000
}
rs.reconfig(config)

三、生产环境部署建议

3.1 硬件选型原则

组件	开发环境	生产环境建议
CPU	2核	8核以上
内存	4G	32G+（根据数据量）
磁盘	SSD	NVMe SSD
网络	千兆	万兆/多网卡绑定

3.2 部署架构优化

• 典型三节点架构：

  • 主节点：处理写操作
  • 从节点：承担读操作和备份
  • 仲裁节点：节省资源时使用

• 分片集群扩展：

  • 当数据量超过单机存储容量时考虑分片
  • 每个分片应为独立的副本集

3.3 安全配置要点

• 启用认证：

  security:
    authorization: enabled

• TLS加密：

  net:
    tls:
      mode: requireTLS
      certificateKeyFile: /etc/ssl/mongodb.pem

• 审计日志：

  auditLog:
    destination: file
    format: JSON
    path: /var/log/mongodb/audit.json

四、常见问题解决方案

4.1 副本集初始化失败

• 问题现象：rs.initiate()卡住或报错
• 排查步骤：
  1. 检查所有节点是否可达：ping localhost:27018
  2. 验证端口监听：netstat -tulnp | grep mongod
  3. 查看日志：tail -n 100 /var/log/mongodb/mongod2.log

4.2 选举失败处理

• 常见原因：
  • 网络分区
  • 节点配置不一致
  • 心跳超时
• 解决方案：

  // 强制重新配置（谨慎使用）
  cfg = rs.conf()
  cfg.version = cfg.version + 1
  rs.reconfig(cfg, {force: true})

4.3 性能瓶颈优化

• 慢查询分析：

  db.setProfilingLevel(2, { slowms: 100 })
  db.system.profile.find().sort({ ts: -1 }).limit(10)

• 索引优化：

  // 创建复合索引示例
  db.collection.createIndex({ field1: 1, field2: -1 })

五、总结与最佳实践

1. 开发环境：优先使用单机部署，配合Docker快速搭建
2. 测试环境：建议部署三节点副本集（可包含仲裁节点）

3. 生产环境：

   • 数据量<500GB：三节点副本集
   • 数据量>500GB：考虑分片集群
   • 关键业务：部署在独立物理机上

4. 备份策略：

   • 每日全量备份（mongodump）
   • 每小时增量备份（基于OPLOG）
   • 异地备份（S3/NFS）

5. 监控体系：

   • Prometheus + Grafana监控
   • 自定义告警规则（如主节点切换、磁盘空间）

通过合理选择部署方式并遵循最佳实践，MongoDB可以在不同场景下提供稳定可靠的数据服务。单机部署适合快速验证，而副本集架构则能为企业级应用提供所需的高可用保障。