Mongodb源码分析Mongos

    MongoDB提供了auto-sharding 功能。因为其是auto-sharding，即mongodb通过mongos(一个自动分片模块，用于构建一个大规模的可扩展的数据库集群,这个集群可以并入动态增加的机器)自动建立一个水平扩展的数据库集群系统，将数据库分表存储在sharding的各个节点上。

    一个mongodb集群包括一些shards（包括一些mongod进程），mongos路由进程，一个或多个config服务器  

    下面是一些相关词汇说明:
    Shards : 每一个shard包括一个或多个服务和存储数据的mongod进程（mongod是MongoDB数据的核心进程）典型的每个shard开启多个服务来提高服务的可用性。这些服务/mongod进程在shard中组成一个复制集

    Chunks: Chunk是一个来自特殊集合中的一个数据范围，（collection，minKey，maxKey）描叙一个chunk，它介于minKey和maxKey范围之间。例如chunks 的maxsize大小是100M，如果一个文件达到或超过这个范围时，会被切分到2个新的chunks中。当一个shard的数据过量时，chunks将会被迁移到其他的shards上。同样，chunks也可以迁移到其他的shards上

    Config Servers : Config服务器存储着集群的metadata信息，包括每个服务器，每个shard的基本信息和chunk信息Config服务器主要存储的是chunk信息。每一个config服务器都复制了完整的chunk信息。

    今天要介绍的源码主要是Mongos的主入口函数的执行流程，首先我们打开Mongos的项目（可通过打开源码db\db_10.sln加载所有项目），如下图：
     


    注：如果要调试mongos，需要设置一个mongod进程和一个Config Server,形如：   

    d:\mongodb>bin>mongod --dbpath d:\mongodb\db\ --port 27012

    d:\mongodb>bin>mongod --configsvr --dbpath d:\mongodb\db\ --port 27022

    然后在vs2010中配置相应的boost路径信息及启动参数信息，如下图：

        

 

     下面开始正文。首先打开mongos项目中的server.cpp文件，找到下面方法：

int main(int argc, char* argv[]) {
    try {
        return _main(argc, argv);
    }
    catch(DBException& e) {
        cout << "uncaught exception in mongos main:" << endl;
        cout << e.toString() << endl;
    }
    catch(std::exception& e) {
        cout << "uncaught exception in mongos main:" << endl;
        cout << e.what() << endl;
    }
    catch(...) {
        cout << "uncaught exception in mongos main" << endl;
    }
    return 20;
}

    该方法是mongos的主函数，代码很简，它主要是try方式执行_main方法，下面是_main的执行流程：

int _main(int argc, char* argv[]) {    
    static StaticObserver staticObserver;
    mongosCommand = argv[0];
    //声明options信息描述对象
    po::options_description options("General options");
    po::options_description sharding_options("Sharding options");
    po::options_description hidden("Hidden options");
    po::positional_options_description positional;

    CmdLine::addGlobalOptions( options , hidden );
    //添加sharding选项描述信息
    sharding_options.add_options()
    ( "configdb" , po::value<string>() , "1 or 3 comma separated config servers" )
    ( "test" , "just run unit tests" )
    ( "upgrade" , "upgrade meta data version" )
    ( "chunkSize" , po::value<int>(), "maximum amount of data per chunk" )
    ( "ipv6", "enable IPv6 support (disabled by default)" )
    ( "jsonp","allow JSONP access via http (has security implications)" )
    ;

    options.add(sharding_options);
    .....

    在完成option描述信息的初始化操作之后，下面就开始对启动命令行参数进行分析和执行了，如下：
   

.....
    // parse options
    po::variables_map params;
    //对argc，argv进行分析并转换成params，以便下面使用
    if ( ! CmdLine::store( argc , argv , options , hidden , positional , params ) )
        return 0;

    // The default value may vary depending on compile options, but for mongos
    // we want durability to be disabled.
    cmdLine.dur = false;
    //如果是help
    if ( params.count( "help" ) ) {
        cout << options << endl;
        return 0;
    }
    //如果是版本信息
    if ( params.count( "version" ) ) {
        printShardingVersionInfo();
        return 0;
    }
    //如要设置chunkSize
    if ( params.count( "chunkSize" ) ) {
        Chunk::MaxChunkSize = params["chunkSize"].as<int>() * 1024 * 1024;
    }

    ......

    //必选项，设置configdb信息
    if ( ! params.count( "configdb" ) ) {
        out() << "error: no args for --configdb" << endl;
        return 4;
    }

    vector<string> configdbs;
    //对参数configdb进行分割 (以','分割 )
    splitStringDelim( params["configdb"].as<string>() , &configdbs , ',' );
    //mongodb强制为1或3，具体原因不明
    if ( configdbs.size() != 1 && configdbs.size() != 3 ) {
        out() << "need either 1 or 3 configdbs" << endl;
        return 5;
    }

    // we either have a seeting were all process are in localhost or none is
    for ( vector<string>::const_iterator it = configdbs.begin() ; it != configdbs.end() ; ++it ) {
        try {
            // 根据地址参数实例化HostAndPort对象，如地址不合法则抛出异常
            HostAndPort configAddr( *it );  

            if ( it == configdbs.begin() ) {
                grid.setAllowLocalHost( configAddr.isLocalHost() );
            }
            //不允许在configdbs出现本地地址，注：如果configdb中全部为本地地址
            //（实际用处不大）时不会执行下面if逻辑
            if ( configAddr.isLocalHost() != grid.allowLocalHost() ) {
                out() << "cannot mix localhost and ip addresses in configdbs" << endl;
                return 10;
            }

        }
        catch ( DBException& e) {
            out() << "configdb: " << e.what() << endl;
            return 9;
        }
    }

    上面完成了对命令行参数分析之后，接下来mongos要加载绑定几个hook：
  

    // set some global state
    //添加对链接池hook的绑定(shardingConnectionHook对象引用)，以最终调用其onHandedOut方法
    pool.addHook( &shardingConnectionHook );
    //设置链接池名称
    pool.setName( "mongos connectionpool" );
    //不设置“延迟kill游标”
    DBClientConnection::setLazyKillCursor( false );
    //设置当replicaSet配置修改时的hook对象(replicaSetChangey方法会更新链接对象信息
    ReplicaSetMonitor::setConfigChangeHook( boost::bind( &ConfigServer::replicaSetChange , &configServer , _1 ) );

    
    上面的hook主要是在mongos主程序启动完成后，在运行期间执行一些数据操作时执行某些额外操作。从代码可以看出，mongos使用了链接池功能以提升获取链接的效率，具体实现机制我会在后绪章节中加以阐述。代码中的ReplicaSetMonitor类为一个维护和获取有效复制集的监视类，它提供了获取有效master,slave 的方法。完成这一步绑定后，接着mongos就会对config server信息进行初始化和升级操作了，如下:

  

   //显示sharding版本信息
    printShardingVersionInfo();
    //实始化configServer
    if ( ! configServer.init( configdbs ) ) {
        cout << "couldn't resolve config db address" << endl;
        return 7;
    }

    if ( ! configServer.ok( true ) ) {
        cout << "configServer startup check failed" << endl;
        return 8;
    }
    //检查Config版本信息（必要时进行升级操作）
    int configError = configServer.checkConfigVersion( params.count( "upgrade" ) );
    if ( configError ) {
        if ( configError > 0 ) {
            cout << "upgrade success!" << endl;
        }
        else {
            cout << "config server error: " << configError << endl;
        }
        return configError;
    }
    //重新设置config db信息（包括shard中chunk的min，lastmod信息）
    configServer.reloadSettings();

    最后就是启动侦听服务，这里mongos启动了两个侦听服务器，一个是以线程方式启动，用于接收授权的用户操作信息，另一个则是普遍的循环侦听服务，用于侦听客户端message如下：

  

 //初始化一些Signals信息，用于处理程序退出，中断等情况
    init();
    //以线程方式启动webserver，循环侦听授权访问的 message信息，详见dbwebserver.cpp文件中allowed方法
    boost::thread web( boost::bind(&webServerThread, new NoAdminAccess() /* takes ownership */) );

    MessageServer::Options opts;
    opts.port = cmdLine.port;
    opts.ipList = cmdLine.bind_ip;
    start(opts);//启动message服务器，侦听客户端message

    dbexit( EXIT_CLEAN );
    return 0;

    到这里，main代码就介绍完了，但上面代码段中的start才是启动balancer来均衡各个shard间chunk的操作，所以我们接着再看一下该方法的实现：
 

 void start( const MessageServer::Options& opts ) {
        setThreadName( "mongosMain" );//设置线程名称
        installChunkShardVersioning();//绑定chunk shard版本控制信息
        balancer.go();//均衡shard 中chunk(节点)信息，详情参见 balance.cpp的run()方法
        cursorCache.startTimeoutThread();//对空闲(过期)游标进行清除操作

        log() << "waiting for connections on port " << cmdLine.port << endl;
        ShardedMessageHandler handler;
        MessageServer * server = createServer( opts , &handler );//构造server对象
        server->setAsTimeTracker();
        server->run();//启动message服务
    }

    好了，今天的内容到这里就告一段落了，在接下来的文章中，将会介绍balancer的实现方式和操作流程。

    原文链接:http://www.cnblogs.com/daizhj/archive/2011/05/16/2022041.html
    作者: daizhj, 代震军   
    微博: http://t.sina.com.cn/daizhj
    Tags: mongodb,c++,mongos,chunk,balance,shard