Als moderne Datenbank wurde MongoDB ursprünglich mit Blick auf die Cloud entwickelt und verfügt nun über integrierte Funktionen, um eine hohe Verfügbarkeit und einfache Skalierbarkeit durch verteilte Workloads zu gewährleisten. Es stimmt zwar, dass es als Einzelinstanz ausgeführt werden kann, aber meistens wird es als Cluster ausgeführt. In diesem Artikel erfahren Sie mehr über die verschiedenen Clustertypen in MongoDB und wie Sie diese in MongoDB Atlas einrichten können.
Was ist ein MongoDB-Cluster?
In MongoDB können Cluster auf zwei verschiedene Architekturen verweisen. Sie können entweder ein Replica Set oder ein Sharded Cluster bedeuten. Schauen wir uns beide genauer an.
Replica Sets
Ein MongoDB-Replica-Set ist eine Gruppe von einem oder mehreren Servern, die eine exakte Kopie der Daten enthalten. Obwohl es technisch möglich ist, ein oder zwei Knoten zu haben, wird ein Minimum von drei empfohlen. Ein primärer Knoten ist für die Bereitstellung der Lese- und Schreibvorgänge Ihrer Anwendung verantwortlich, während zwei sekundäre Knoten eine Replik der Daten enthalten.
Ein typisches Replica-Set in MongoDB.
Sollte der primäre Knoten aus irgendeinem Grund nicht verfügbar sein, wird ein neuer primärer Knoten durch einen Wahlprozess ausgewählt. Dieser neue primäre Knoten ist nun für die Lese- und Schreibvorgänge verantwortlich.
Falls ein primärer Knoten nicht verfügbar ist, wird der Datenverkehr der Clientanwendung auf einen neuen primären Knoten umgeleitet.
Sobald der fehlerhafte Server wieder online ist, synchronisiert er sich mit dem primären Knoten und wird zu einem neuen sekundären Knoten im Cluster.
Wenn der alte primäre Knoten wieder online ist, wird er als sekundärer Knoten wieder verwendet.
Das Ziel besteht darin, Ihrer Anwendung eine hohe Verfügbarkeit Ihrer Daten zu bieten. Selbst bei einem Serverausfall kann Ihre Client-Anwendung weiterhin eine Verbindung zum Cluster herstellen und auf die Daten zugreifen, wodurch die potenziellen Ausfallzeiten insgesamt reduziert werden.
Sharded Cluster
Ein sharded cluster ist eine Möglichkeit zur horizontalen Skalierung, indem Sie Ihre Daten auf mehrere Replica Sets verteilen. Wenn ein Lese- oder Schreibvorgang auf einer Sammlung ausgeführt wird, sendet der Client die Anfrage an einen Router (mongos). Der Router wird dann über den Konfigurationsserver validieren, in welchem Shard die Daten gespeichert sind, und die Anfragen an den spezifischen Cluster senden.
Ein typischer Sharded Cluster in MongoDB.
Jeder der Shards enthält sein eigenes Replica-Set. Sie sollten auch mehr als einen Router oder Konfigurationsserver haben, um eine hohe Verfügbarkeit sicherzustellen. Mit dieser Art von Architektur können Sie Ihre Datenbank nach Belieben skalieren, ohne die Verfügbarkeit zu beeinträchtigen oder sich um die Speicherkapazität sorgen zu müssen.
Erstellen eines MongoDB-Clusters
Je nach Ihren Anforderungen gibt es verschiedene Möglichkeiten, einen MongoDB-Cluster zu erstellen. Der einfachste Weg ist die Nutzung von Atlas, der Database-as-a-Service-Plattform von MongoDB. Detaillierte Anweisungen finden Sie in der Dokumentation. Falls Sie MongoDB auf Ihrer Infrastruktur betreiben müssen, werden die Anweisungen später in diesem Artikel bereitgestellt.
Gehen Sie wie folgt vor, um einen MongoDB-Cluster in Atlas zu erstellen.
1. Loggen Sie sich bei Ihrem MongoDB Atlas-Konto unter https://cloud.mongodb.com ein.
2. Klicken Sie auf die Schaltfläche „Erstellen“.
3. Wählen Sie Ihren Cluster-Typ aus (dediziert, serverless, gemeinsam genutzt).
4. Wählen Sie Ihren Cloud-Anbieter und Ihre Region.
5. Klicken Sie auf „Cluster erstellen“.
Ihr MongoDB-Cluster wird mit der Bereitstellung beginnen und in wenigen Minuten für Sie verfügbar sein. Beim Erstellen Ihres Clusters werden Ihnen zahlreiche Optionen angezeigt, die Ihren spezifischen Anforderungen gerecht werden. Jede dieser Einrichtungsoptionen wird im nächsten Abschnitt behandelt.
Einrichten eines MongoDB-Clusters auf Atlas
Jede Anwendung ist anders, und MongoDB Atlas bietet Ihnen zahlreiche Möglichkeiten, Ihren Cluster entsprechend Ihren spezifischen Anforderungen festzulegen. Bestimmte Konfigurationen müssen im Voraus bedacht werden, während andere spontan geändert werden können. Mit diesen Einstellungen setzen Sie alle Best Practices für Atlas in der Produktion um. In diesem Abschnitt erfahren Sie mehr über die verschiedenen Konfigurationen, die Sie bei der anfänglichen Clustererstellung anpassen können.
Bereitstellungstyp
Der Bereitstellungstyp ist die erste Option, die Sie auswählen müssen. Je nachdem, für welchen Instanztyp Sie sich entscheiden, werden die anderen Konfigurationsoptionen variieren.
- Serverless: Dieser cluster ist aus Preissicht der flexibelste. Es ist für Anwendungen mit seltenem oder variablem Datenverkehr gedacht. Die Konfigurationsmöglichkeiten sind auf das Nötigste beschränkt.
- Dediziert: Ein dedizierter Cluster ist für die Produktionslast vorgesehen. Es kann eine große Bandbreite an Servergrößen sowie erweiterte Konfigurationen unterstützen. Dieser Cluster ist der Richtige für Ihre Produktionsumgebung.
- Geteilt: Diese Cluster sollen eine Möglichkeit bieten, MongoDB zu erkunden. Sie stellen eine Sandbox bereit, in der Sie MongoDB kostenlos ausprobieren können. Die verfügbaren Serverkonfigurationen sind eher eingeschränkt.
Weitere Informationen zu den verschiedenen Datenbankbereitstellungstypen finden Sie in der Dokumentation.
Globale Clusterkonfiguration
Wenn Sie mehrere Sharded-Cluster mit Lese- und Schreibvorgängen an bestimmten Standorten benötigen, müssen Sie die Globale Clusterkonfiguration aktivieren. Von hier aus können Sie genau auswählen, wo Sie jeden Ihrer Cluster platzieren möchten und die Zuordnungen zwischen dem Benutzerland und dem Server konfigurieren, den sie für den Datenzugriff verwenden.
Cloudanbieter und Region
Unabhängig davon, für welchen Bereitstellungstyp Sie sich entschieden haben, müssen Sie den Cloud-Anbieter sowie die spezifische Region auswählen, in der Sie Ihren Cluster bereitstellen möchten. Sie können MongoDB-Cluster bei einem der drei großen Cloud-Anbieter einrichten. Wenn Sie eine noch bessere Verfügbarkeit sicherstellen möchten, lässt sich jeder Knoten Ihres Clusters in unterschiedlichen Regionen oder sogar in verschiedenen Clouds bereitstellen. Dazu müssen Sie die Option Multi-cloud, Multi-Region und Workload- Isolation aktivieren. Von hier aus können Sie die Anzahl und die Typen der Knoten (wählbar, schreibgeschützt oder analytisch) konfigurieren, die Teil Ihres Replica-Sets sein werden.
Cluster-Stufe
Nachdem Sie eine Region und einen Cloudanbieter ausgewählt haben, müssen Sie entscheiden, welche Stufe Sie für die Knoten in Ihrem Cluster verwenden möchten. Diese Konfiguration wird den größten Einfluss auf die Preisgestaltung Ihres Clusters haben. Es steht eine große Auswahl an Optionen zur Verfügung und Sie können jede davon weiter optimieren. Berücksichtigen Sie die Menge an CPU und RAM, die Sie benötigen. Ihr Ressourcenbedarf wird Ihnen helfen, die richtige Stufe für Ihren Cluster zu finden.
Anschließend können Sie die Clusterkonfiguration weiter optimieren, indem Sie die Speichergröße anpassen, die Optionen für die automatische Skalierung umschalten und die benötigten IOPS festlegen. In den höheren AWS-Stufen (M40+) können Sie auch die Serverklasse (Low-CPU, allgemein oder lokale NVMe-SSD) auswählen, was sich ebenfalls auf die Anzahl der CPUs, den RAM und die Speicherkapazität auswirkt.
Zusätzliche Einstellungen
In dieser letzten Registerkarte finden Sie viele zusätzliche Dienste, die Sie Ihrem Cluster hinzufügen können. Die erste Option ist die MongoDB-Version, die Sie für MongoDB verwenden möchten. Sie haben dann auch die Möglichkeit, die automatischen Backups zu aktivieren oder zu deaktivieren. Sie können auch die zusätzlichen Einstellungen erweitern, die Ihnen erweiterte Optionen bieten, wie z. B. das Sharding Ihres cluster, das Hinzufügen des BI-Connector und das Verwalten Ihrer Verschlüsselungsschlüssel.
Die meisten der von Ihnen festgelegten Einstellungen können bei Bedarf in der Zukunft geändert werden, was eine mächtige Fähigkeit darstellt, wenn sich Ihre Anwendung weiterentwickelt.
Erstellen eines MongoDB-Clusters in unterschiedlichen Umgebungen
Falls eine cloud-basierte Instanz von MongoDB für Sie keine Option darstellt oder Sie einen Cluster auf Ihrer eigenen Infrastruktur betreiben müssen, können Sie MongoDB auf unterstützten Betriebssystemen installieren. Zusätzlich zur MongoDB selbst wird empfohlen, Ops Manager oder Cloud Manager zu installieren, um Ihre Cluster zu verwalten.
Erstellen eines MongoDB-Cluster unter Linux (Ubuntu, CoreOS)
Um einen MongoDB-Cluster unter Linux zu erstellen, benötigen Sie drei laufende MongoDB-Instanzen. Diese Instanzen müssen in einem lokalen Netzwerk miteinander kommunizieren können.
Sie können die ausführlichen Anweisungen zum Festlegen Ihres Clusters unter Linux in der Dokumentation finden.
Erstellen eines MongoDB-Cluster mit Docker
Wenn Sie eine lokale Instanz von MongoDB in Ihrer Umgebung installieren oder eine temporäre Entwicklungsumgebung festlegen möchten, die Sie mit Ihren Teamkollegen teilen können, sollten Sie Docker verwenden. Dafür müssen Sie drei lokale Instanzen von MongoDB in Docker starten und dann den Anweisungen in der Dokumentation folgen.
Nächste Schritte
Nachdem Sie nun wissen, wie Sie Ihren Cluster erstellen und festlegen, möchten Sie vielleicht mehr darüber erfahren, wie Sie die richtige Clustertopologie für Ihre Anforderungen finden. Warum setzen Sie Ihr Lernen nicht mit dem Video zur Cluster-Setup-Topologie auf der MongoDB University fort? Sobald Sie mit allen möglichen Konfigurationen für Ihren MongoDB-Cluster vertraut sind, können Sie MongoDB Atlas kostenlos testen. Mit der gewünschten Einrichtung des Cluster können Sie nun sicherstellen, dass Ihre Daten Ihren Benutzern zur Verfügung gestellt werden und dass Sie sie bei Bedarf skalieren können.