Mongodb源码分析之Mongos分析

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：

#p#

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() , "1 or 3 comma separated config servers" )  
    ( "test" , "just run unit tests" )  
    ( "upgrade" , "upgrade meta data version" )  
    ( "chunkSize" , po::value(), "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() * 1024 * 1024;  
    }  
    ......  
    //必选项，设置configdb信息  
    if ( ! params.count( "configdb" ) ) {  
       out() << "error: no args for --configdb" << endl;  
       return 4;  
    }  
    vector configdbs;  
    //对参数configdb进行分割 (以','分割 )  
    splitStringDelim( params["configdb"].as() , &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::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();

***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  
}