分散式文件存儲資料庫 MongoDB

• 2020 年 10 月 23 日
• 筆記
• mongodb, NoSQL, 資料庫, 非關係型資料庫

MongoDB 簡介

　　Mongo 並非芒果（Mango）的意思，而是源於 Humongous（巨大的；龐大的）一詞。

　　MongoDB 是一個基於分散式文件存儲的 NoSQL 資料庫。由 C++ 語言編寫。旨在為 WEB 應用提供可擴展的高性能數據存儲解決方案。關於什麼是 NoSQL 可閱讀《學了那麼多 NoSQL 資料庫 NoSQL 究竟是啥》

　　MongoDB 是一個介於關係型資料庫和非關係型資料庫之間的產品，是非關係型資料庫當中功能最豐富，最像關係資料庫的。

　　MongoDB 使用 BSON（Binary JSON）對象來存儲，與 JSON 格式的鍵值對（key/value）類似，欄位值可以包含其他文檔，數組及文檔數組。支援的查詢語言非常強大，其語法有點類似於面向對象的查詢語言，幾乎可以實現類似關係型資料庫單表查詢的絕大部分功能，而且還支援對數據建立索引。

MongoDB 歷史

　　2007 年，Dwight Merriman，Eliot Horowitz 和 Kevin Ryan 成立 10gen 軟體公司，在成立之初，這家的公司目標是進軍雲計算行業，為企業提供雲計算服務。在開發雲計算產品時，他們準備開發一個類似於資料庫的組件，為雲計算產品提供存儲服務。當時是關係型資料庫一統天下的時間，他們覺得傳統的關係型資料庫無法滿足他們的要求，他們想要一款程式設計師不懂SQL語言也可以使用的數據存儲產品。

　　在網路上找了一圈，不管是開源的還是閉源的產品，都沒找到讓他們滿意的東西，既然找不到，那就自己開發吧，反正他們也有那個技術實力，10gen 的創始人都來自Google，他們創建的網路廣告公司 DoubleClick 被Google收購了，這是他們的第二次創業。

　　10gen 公司不使用關係型資料庫是有一定原因的，當時他們還在 DoubleClick 公司的時候，就吃過關係型資料庫的苦頭。DoubleClick 是一家網路廣告公司，服務美國眾多的知名公司，該公司每秒提供 40 萬個廣告，但在可伸縮性和敏捷性方面經常遇到困難，因此他們不得不經常自己開發和使用許多自定義數據存儲來解決現有關係型資料庫的不足，這讓他們很是苦惱。

　　因此他們決定開發一款資料庫產品解決他們在 DoubleClick 時遇到的問題，並為自己的雲計算產品提供存儲服務。

• MongoDB 最初於 2007 年開發，由位於紐約的一個名為 10gen 的組織開發，現在被稱為 MongoDB Inc.
• 2009 年，經過將近 2 年的開發，10gen 開發出了 MongoDB 的雛形並將它開源以及正式命名為 MongoDB，同時成立開源社區，通過社區運營 MongoDB。
• 2009 年 02 月 MongoDB 1.0 發布，提供了大部分基本的查詢功能。
• 2009 年 12 月 MongoDB 1.2 發布，引入了 map-reduce，支援大規模數據處理。
• MongoDB 的第一個真正產品是從 2010 年 03 月發布的 MongoDB 1.4 版本開始的。
• 2010 年 8 月 MongoDB 1.6 發布，引入了一些主要特性，比如用於水平伸縮的分片、具備自動故障轉移能力的副本集以及對 IPv6 的支援。
• 2012 年 05 月 23 日，MongoDB 2.1 發布。該版本採用全新架構，包含諸多增強。
• 2012 年 06 月 06 日，MongoDB 2.0.6 發布，分散式文檔資料庫。
• 2012 年 8 月 MongoDB 2.2 發布，引入了聚合管道，可以將多個數據處理步驟組合成一個操作鏈。
• 2013 年 MongoDB 推出第一款商業版本 MongoDB Enterprise Advanced。
• 2013 年 04 月 23 日，MongoDB 2.4.3 發布，此版本包括了一些性能優化，功能增強以及 bug 修復。
• 2013 年 08 月 20 日，MongoDB 2.4.6 發布，仍然是以性能優化，功能增強和 bug 修復為主。
• 2015 年 03 月 MongoDB 3.0 發布，包含了新的 WiredTiger 存儲引擎、可插拔存儲引擎 API、增加了 50 個副本集限制和安全改進。同年晚些時候又發布了 3.2 版本，支援文檔驗證、部分索引和一些主要的聚合增強。
• 2016 年 MongoDB 推出了 Atlas 服務，MongoDB Atlas，與公有雲服務廠商（Google、微軟Azure）合作。這一年，MongoDB 爆出了非常嚴重的安全門事件，黑客通過 MongoDB 的默認監聽地址 0.0.0.0 刪除數據，並且通過此漏洞進行勒索，支付 0.2 到 0.5 的比特幣就可以恢複數據。
• 2017 年 10 月 MongoDB 公司成立 10 周年之際，順利通過 IPO 在紐交所上市。開盤 24 美元，公司估值達到 16 億美元，並獲得 1.92 美元的籌資。
• 2017 年 11 月 MongoDB 3.6 發布，為多集合連接查詢、變更流和使用 JSON 模式進行文檔驗證提供了更好的支援。
• 2018 年 06 月 MongoDB 4.0 發布，這一版本的發布獲得了廣泛的關注，提供了跨文檔事務處理能力。這是一個重要的里程碑，MongoDB 已經為高數據完整性需求做好了準備。
• 2019 年 03 月 18 日，Forrester 授予 MongoDB NoSQL 領導者稱號。
• 2019 年 10 月 MongoDB 4.2 發布，開始支援分散式事務。
• 截至 2020 年 10 月，MongoDB 的社區版版本是 4.4.1，擴展性和性能增強，降低複製延遲，可用性和容錯性增強，查詢能力和易用性增強，MongoDB 雲平台的功能更新。MongoDB 逐漸的從一個專註於資料庫服務的廠商，轉變為提供數據平台服務的廠商。

　　截至 2020 年，MongoDB 的全球下載量達到了 1.1 億次。MongoDB 公司目前有 2000 多名員工，有超過 18000 名付費客戶，其中有很多客戶同時使用 MongoDB Atlas 和 MongoDB 企業版。大多數大公司在內部的一些場景中仍然使用的是社區版。MongoDB 社區版仍然是開源的，除了一些關鍵特性外，它與 MongoDB 企業版差不多。

MongoDB 支援語言

MongoDB 與關係型資料庫術語對比

MongoDB 數據類型

MongoDB 下載與安裝

下載

　　官網：//www.mongodb.com/

　　下載地址：//www.mongodb.com/try/download/community

　　在頁面中選擇 MongoDB Community Server 社區版，根據自己的系統選擇對應的版本，我自己使用的是 CentOS 版本。而 MongoDB 只有 RedHat 版本，下載使用即可。

　　CentOS 是 Community ENTerprise Operating System 的簡稱，也可以叫它社區企業作業系統，是 Linux 作業系統中的一個發行版本。

　　CentOS 並不是全新的 Linux 發行版，它是 Red Hat 家族發行的企業版的產品 Red Hat Enterprise Linux（以下稱之為 RHEL）的克隆版本。RHEL 是很多企業採用的 Linux 發行版本，需要向 Red Hat 付費才可以使用，並能得到付費對應的服務，技術支援和版本升級。CentOS 可以像 RHEL 一樣的構築 Linux 系統環境，但不需要向 Red Hat 支付任何的產品和服務費用，同時也得不到任何有償技術支援和升級服務。

　　還可以通過：//docs.mongodb.com/manual/installation/ 確認該版本軟體是否支援你的作業系統。

安裝

　　將資源上傳至伺服器 /usr/local/src，解壓至 /usr/local 並重命名為 mongodb。

# 創建 mongodb 目錄
mkdir -p /usr/local/mongodb
# 解壓 mongodb 至指定目錄
tar -zxvf /usr/local/src/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.4.1.tgz -C /usr/local/
# 重命名解壓目錄為 mongodb
mv /usr/local/mongodb-linux-x86_64-rhel70-4.4.1/ /usr/local/mongodb

創建數據/日誌目錄

　　創建用於存放數據和日誌的文件夾，並修改其許可權增加讀寫許可權。

# 創建存放數據的目錄
mkdir -p /usr/local/mongodb/data/db
# 創建存放日誌的目錄
mkdir -p /usr/local/mongodb/logs
# 創建日誌記錄文件
touch /usr/local/mongodb/logs/mongodb.log

啟動 MongoDB

前台啟動

　　MongoDB 的默認啟動方式為前台啟動。所謂的前台啟動就是 MongoDB 啟動進程後會佔用當前的終端窗口。

# 切換至指定目錄
cd /usr/local/mongodb/
# 前台啟動
bin/mongod --dbpath /usr/local/mongodb/data/db/ --logpath /usr/local/mongodb/logs/mongodb.log --logappend --port 27017 --bind_ip 0.0.0.0

• --dbpath：指定數據文件存放目錄
• --logpath：指定日誌文件，注意是指定文件不是目錄
• --logappend：使用追加的方式記錄日誌
• --port：指定埠，默認為 27017
• --bind_ip：綁定服務 IP，若綁定 127.0.0.1，則只能本機訪問，默認為本機地址

後台啟動

　　所謂的後台啟動就是以守護進程的方式啟動 MongoDB。命令中添加 --fork 即可。

# 後台啟動
bin/mongod --dbpath /usr/local/mongodb/data/db/ --logpath /usr/local/mongodb/logs/mongodb.log --logappend --port 27017 --bind_ip 0.0.0.0 --fork

　　通過命令啟動的方式並不適合管理，畢竟每次輸入命令都需要考慮各參數的配置。我們可以通過配置文件來配置啟動參數，然後通過指定配置文件的方式啟動服務，這樣在管理 MongoDB 上就比較方便了。

配置文件

　　在 bin 目錄下增加一個 mongodb.conf 配置文件。

# 數據文件存放目錄
dbpath = /usr/local/mongodb/data/db
# 日誌文件存放目錄
logpath = /usr/local/mongodb/logs/mongodb.log
# 以追加的方式記錄日誌
logappend = true
# 埠默認為 27017
port = 27017
# 對訪問 IP 地址不做限制，默認為本機地址
bind_ip = 0.0.0.0
# 以守護進程的方式啟用，即在後台運行
fork = true

啟動

# 切換至指定目錄
cd /usr/local/mongodb/
# 指定配置文件的方式啟動服務
bin/mongod -f bin/mongodb.conf

客戶端訪問

　　可以通過 bin 目錄中的 mongo 來訪問 MongoDB 伺服器。

　　命令為：bin/mongo --host 連接的主機地址(默認127.0.0.1) --port 埠(默認27017)

[root@localhost mongodb]# bin/mongo
MongoDB shell version v4.4.1
connecting to: mongodb://127.0.0.1:27017/?compressors=disabled&gssapiServiceName=mongodb
Implicit session: session { "id" : UUID("2bf54fad-83bc-444c-8bee-166a224445b8") }
MongoDB server version: 4.4.1
---
The server generated these startup warnings when booting: 
        2020-10-21T10:47:44.855+08:00: ***** SERVER RESTARTED *****
        2020-10-21T10:47:47.024+08:00: Access control is not enabled for the database. Read and write access to data and configuration is unrestricted
        2020-10-21T10:47:47.024+08:00: You are running this process as the root user, which is not recommended
        2020-10-21T10:47:47.024+08:00: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled is 'always'. We suggest setting it to 'never'
        2020-10-21T10:47:47.024+08:00: /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag is 'always'. We suggest setting it to 'never'
        2020-10-21T10:47:47.024+08:00: Soft rlimits too low
        2020-10-21T10:47:47.024+08:00:         currentValue: 1024
        2020-10-21T10:47:47.024+08:00:         recommendedMinimum: 64000
---
---
        Enable MongoDB's free cloud-based monitoring service, which will then receive and display
        metrics about your deployment (disk utilization, CPU, operation statistics, etc).

        The monitoring data will be available on a MongoDB website with a unique URL accessible to you
        and anyone you share the URL with. MongoDB may use this information to make product
        improvements and to suggest MongoDB products and deployment options to you.

        To enable free monitoring, run the following command: db.enableFreeMonitoring()
        To permanently disable this reminder, run the following command: db.disableFreeMonitoring()
---
> 

　　help 幫助命令。

> help
	db.help()                    help on db methods
	db.mycoll.help()             help on collection methods
	sh.help()                    sharding helpers
	rs.help()                    replica set helpers
	help admin                   administrative help
	help connect                 connecting to a db help
	help keys                    key shortcuts
	help misc                    misc things to know
	help mr                      mapreduce

	show dbs                     show database names
	show collections             show collections in current database
	show users                   show users in current database
	show profile                 show most recent system.profile entries with time >= 1ms
	show logs                    show the accessible logger names
	show log [name]              prints out the last segment of log in memory, 'global' is default
	use <db_name>                set current database
	db.mycoll.find()             list objects in collection mycoll
	db.mycoll.find( { a : 1 } )  list objects in mycoll where a == 1
	it                           result of the last line evaluated; use to further iterate
	DBQuery.shellBatchSize = x   set default number of items to display on shell
	exit                         quit the mongo shell

　　db.version() 查看版本資訊。

> db.version()
4.4.1

　　show dbs 查看所有資料庫。

> show dbs
admin   0.000GB
config  0.000GB
local   0.000GB

　　這裡先簡單通過客戶端進行訪問測試，後面會詳細羅列客戶端操作 MongoDB 資料庫、集合、文檔、索引、內置函數等相關的操作。

關閉 MongoDB

前台啟動關閉

　　使用 Ctrl + c 即可關閉。

後台啟動關閉

　　使用 --shutdown 參數即可關閉。

# 命令啟動方式的關閉
bin/mongod --dbpath /usr/local/mongodb/data/db/ --logpath /usr/local/mongodb/logs/mongodb.log --logappend --port 27017 --bind_ip 0.0.0.0 --fork --shutdown
# 配置文件啟動方式的關閉
bin/mongod -f bin/mongodb.conf --shutdown

kill 命令關閉

　　通過 kill -9 的方式強制關閉進程，一般這種方式都不怎麼推薦使用。

# 查看 mongodb 運行的進程資訊
ps -ef | grep mongodb
# kill -9 強制關閉
kill -9 pid

MongoDB 函數關閉

　　連接到 MongoDB 服務後，切換到 admin 資料庫，並使用相關函數關閉服務。

# 連接 mongodb
bin/mongo
# 切換 admin 資料庫
use admin
# 執行以下函數(2選1)即可關閉服務
db.shutdownServer()
db.runCommand(「shutdown」)

環境變數

　　每次操作 MongoDB 都需要進入具體的目錄才行，比如啟動服務，客戶端進行連接等，可不可以在任意目錄都能進行操作。答案當然是可以的，只需要將 MongoDB 相關目錄添加至系統環境變數即可。

　　先通過 vim /etc/profile 編輯系統環境變數文件，添加以下內容。

# 添加環境變數
export MONGODB_HOME=/usr/local/mongodb
export PATH=$PATH:$MONGODB_HOME/bin

　　然後通過 source /etc/profile 重新載入系統環境變數。這樣在系統任意目錄下都可以直接操作 MongoDB 了。

　　本文講解了 MongoDB 的一些入門級內容，教會了大家如何基於 Linux 環境下載與安裝 MongoDB。下文我們先從安全問題入手，看看 MongoDB 未加密導致的慘痛經歷與教訓，順便再教大家一波實用的解決方案。

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