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。