这是一种将海量的数据水平扩展的数据库集群系统，数据分别存储在sharding的各个节点上，使用者通过简单的配置就可以很方便地构建一个分布式MongoDB集群。

MongoDB的数据分块成为chunk，每个chunk都是Collection中一段连续的数据记录，通常最大尺寸是200MB，超出则生成新的数据块。

要构建一个MongoDB Sharding Cluster需要以下三个角色：

Shard Server
即存储实际数据的分片，每个Shard可以使一个mongod实例，也可以使一组mongod实例构成的Replica Set，为了实现每个Shard内部的auto-failover,MongoDB官方建立每个Shard为一组Replica Set。
Config Server
为了将一个特定的collection存储在多个shard中，需要为该collection指定一个shard key,比如{age:1}，shard key可以解决该条记录属于哪个chunk，Config Servers就是用来存储：所有shard节点的配置信息、每个chunk的shard key范围、chunk在各shard的分布情况、该集群中所有DB和collection的sharding配置信息。
Route Process
这是一个前端路由，客户端由此接入，然后询问Config Servers需要在哪个Shard上查询或者保存记录，再连接i相应的Shard进行操作，最后将结构返回给客户端，客户端只需要将原本发给mongod的查询或者更新请求原封不动地发给Routing Process，而不必关系所操作的记录存储在哪个Shard上。

下面在同一台机器上构建一个简单的Sharding Cluster,架构图如下：
、
说明：
Shard Server 1:20000
Shard Server 2: 20001
Config Server : 30000
Route Process: 40000

1、启动Shard Server
[root@localhost ~]# mkdir -p /data/shard/s0
[root@localhost ~]# mkdir -p /data/shard/s1
[root@localhost ~]# mkdir -p /data/shard/log
[root@localhost bin]# ./mongod --shardsvr --port 20000 --dbpath=/data/shard/s0 --fork --logpath=/data/shard/log/s0.log --directoryperdb
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 2551

[root@localhost bin]# ./mongod --shardsvr --port 20001 --dbpath=/data/shard/s1 --fork --logpath=/data/shard/log/s1.log --directoryperdb
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 2575

2、启动Config Server
[root@localhost bin]# ./mongod --configsvr --port 30000 -dbpath=/data/shard/config --fork --logpath=/data/shard/log/config.log --directoryperdb
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 2594

3、启动Route Process
[root@localhost bin]# ./mongos --port 40000 --configdb localhost:30000 --fork --logpath=/data/shard/log/route.log --chunkSize 1
2015-02-11T10:59:07.297+0800 warning: running with 1 config server should be done only for testing purposes and is not recommended for production
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 2621
child process started successfully, parent exiting
说明：
mongos启动参数中，chunkSize这一项是用来指定chunk的大小的，单位是MB,默认大小为200MB,为了方便测试Sharding效果，我们把chunkSize指定为1MB。

4、配置Sharding
接下来我们使用MongoDB Shell登录到mongos，添加Shard节点：

[root@localhost bin]# ./mongo admin --port 40000 //此操作需要连接admin库
MongoDB shell version: 2.6.6
connecting to: 127.0.0.1:40000/admin
mongos> db.runCommand({addshard:"localhost:20000"})//添加Shard Server
{ "shardAdded" : "shard0000", "ok" : 1 }
mongos> db.runCommand({addshard:"localhost:20001"})
{ "shardAdded" : "shard0001", "ok" : 1 }
mongos> db.runCommand({enablesharding:"test"}) //设置分片存储的数据库
{ "ok" : 1 }
mongos> db.runCommand({shardcollection:"test.users",key:{_id:1}}) //设置分片的集合名称，且必须指定Shard key，系统会自动创建索引
{ "collectionsharded" : "test.users", "ok" : 1 }
mongos> 

5、验证Sharding正常工作
mongos> use test
switched to db test
mongos> for(var i=1;i<=500000;i++) db.users.insert({age:i,name:"xu",addr:"BJ",country:"china"})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
mongos> 
mongos> db.users.stats()
{
        "sharded" : true,  //说明此表已经被shard
        "systemFlags" : 1,
        "userFlags" : 1,
        "ns" : "test.users",
        "count" : 500000,
        "numExtents" : 16,
        "size" : 56000000,
        "storageSize" : 75595776,
        "totalIndexSize" : 16294768,
        "indexSizes" : {
                "_id_" : 16294768
        },
        "avgObjSize" : 112,
        "nindexes" : 1,
        "nchunks" : 51,
        "shards" : {
                "shard0000" : {   //在此分片实例上约有24.5M数据
                        "ns" : "test.users",
                        "count" : 252408,
                        "size" : 28269696,
                        "avgObjSize" : 112,
                        "storageSize" : 37797888,
                        "numExtents" : 8,
                        "nindexes" : 1,
                        "lastExtentSize" : 15290368,
                        "paddingFactor" : 1,
                        "systemFlags" : 1,
                        "userFlags" : 1,
                        "totalIndexSize" : 8225056,
                        "indexSizes" : {
                                "_id_" : 8225056
                        },
                        "ok" : 1
                },
                "shard0001" : { //在此分片上实例上约有23.5M数据
                        "ns" : "test.users",
                        "count" : 247592,
                        "size" : 27730304,
                        "avgObjSize" : 112,
                        "storageSize" : 37797888,
                        "numExtents" : 8,
                        "nindexes" : 1,
                        "lastExtentSize" : 15290368,
                        "paddingFactor" : 1,
                        "systemFlags" : 1,
                        "userFlags" : 1,
                        "totalIndexSize" : 8069712,
                        "indexSizes" : {
                                "_id_" : 8069712
                        },
                        "ok" : 1
                }
        },
        "ok" : 1
}

6、管理维护Sharding
列出所有的Shard Server:
[root@localhost bin]# ./mongo admin --port 40000 
MongoDB shell version: 2.6.6
connecting to: 127.0.0.1:40000/admin
mongos> db.runCommand({listshards:1})   //列出所有的Shard Server
{
        "shards" : [
                {
                        "_id" : "shard0000",
                        "host" : "localhost:20000"
                },
                {
                        "_id" : "shard0001",
                        "host" : "localhost:20001"
                }
        ],
        "ok" : 1
}
mongos> 

查看Sharding信息：

mongos> printShardingStatus();
--- Sharding Status --- 
  sharding version: {
        "_id" : 1,
        "version" : 4,
        "minCompatibleVersion" : 4,
        "currentVersion" : 5,
        "clusterId" : ObjectId("54dac57cd9101f94703b77e3")
}
  shards:
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "localhost:20000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "localhost:20001" }
  databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
                test.users
                        shard key: { "_id" : 1 }
                        chunks:
                                shard0001       26
                                shard0000       25
                        too many chunks to print, use verbose if you want to force print
mongos> 

判断是否是Sharding
mongos> db.runCommand({isdbgrid:1})
{ "isdbgrid" : 1, "hostname" : "localhost.localdomain", "ok" : 1 }

7、对现有的表进行Sharding
刚才我们是对表test.users进行分片了，下面我们将对库中现有的未分片的表test.users_2进行分片处理
表的初始化状态如下，可以看出它没有被分片过：
mongos> db.users_2.stats();
{
        "sharded" : false,
        "primary" : "config",
        "ok" : 0,
        "errmsg" : "Collection [admin.users_2] not found."
}

mongos> use admin
switched to db admin
mongos> db.runCommand({shardcollection:"test.users_2",key:{_id:1}})
{ "collectionsharded" : "test.users_2", "ok" : 1 }
mongos>
 mongos> use test
switched to db test
mongos> db.users_2.stats();
{
        "sharded" : true,  //已经分片
        "systemFlags" : 1,
        "userFlags" : 1,
        "ns" : "test.users_2",
        "count" : 0,
        "numExtents" : 1,
        "size" : 0,
        "storageSize" : 8192,
        "totalIndexSize" : 8176,
        "indexSizes" : {
                "_id_" : 8176
        },
        "avgObjSize" : 0,
        "nindexes" : 1,
        "nchunks" : 1,
        "shards" : {
                "shard0000" : {
                        "ns" : "test.users_2",
                        "count" : 0,
                        "size" : 0,
                        "storageSize" : 8192,
                        "numExtents" : 1,
                        "nindexes" : 1,
                        "lastExtentSize" : 8192,
                        "paddingFactor" : 1,
                        "systemFlags" : 1,
                        "userFlags" : 1,
                        "totalIndexSize" : 8176,
                        "indexSizes" : {
                                "_id_" : 8176
                        },
                        "ok" : 1
                }
        },
        "ok" : 1
}
mongos> 

8、新增Shard Server
刚才演示的是新增分片表，接下来我们演示如何新增Shard Server
启动一个新的Shard Server进程：
[root@localhost bin]# mkdir /data/shard/s2
[root@localhost bin]# ./mongod --shardsvr --port 20002 --dbpath=/data/shard/s2 --fork --logpath=/data/shard/log/s2.log --directoryperdb
about to fork child process, waiting until server is ready for connections.
forked process: 2862

[root@localhost bin]# ./mongo admin --port 40000
MongoDB shell version: 2.6.6
connecting to: 127.0.0.1:40000/admin
mongos> db.runCommand({addshard:"localhost:20002"})
{ "shardAdded" : "shard0002", "ok" : 1 }
mongos> printShardingStatus();
--- Sharding Status --- 
  sharding version: {
        "_id" : 1,
        "version" : 4,
        "minCompatibleVersion" : 4,
        "currentVersion" : 5,
        "clusterId" : ObjectId("54dac57cd9101f94703b77e3")
}
  shards:
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "localhost:20000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "localhost:20001" }
        {  "_id" : "shard0002",  "host" : "localhost:20002" } //新增的Shard Server
  databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
                test.users
                        shard key: { "_id" : 1 }
                        chunks:
                                shard0002       2
                                shard0001       25
                                shard0000       24
                        too many chunks to print, use verbose if you want to force print
                test.users_2
                        shard key: { "_id" : 1 }
                        chunks:
                                shard0000       1
                        { "_id" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "_id" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(1, 0) 

mongos> 

查看分片表状态，以验证新Shard Server
mongos> db.users.stats()
{
        "sharded" : true,
        "systemFlags" : 1,
        "userFlags" : 1,
        "ns" : "test.users",
        "count" : 500000,
        "numExtents" : 23,
        "size" : 56000000,
        "storageSize" : 98103296,
        "totalIndexSize" : 16319296,
        "indexSizes" : {
                "_id_" : 16319296
        },
        "avgObjSize" : 112,
        "nindexes" : 1,
        "nchunks" : 51,
        "shards" : {
                "shard0000" : {
                        "ns" : "test.users",
                        "count" : 173572,
                        "size" : 19440064,
                        "avgObjSize" : 112,
                        "storageSize" : 37797888,
                        "numExtents" : 8,
                        "nindexes" : 1,
                        "lastExtentSize" : 15290368,
                        "paddingFactor" : 1,
                        "systemFlags" : 1,
                        "userFlags" : 1,
                        "totalIndexSize" : 5665968,
                        "indexSizes" : {
                                "_id_" : 5665968
                        },
                        "ok" : 1
                },
                "shard0001" : {
                        "ns" : "test.users",
                        "count" : 162943,
                        "size" : 18249616,
                        "avgObjSize" : 112,
                        "storageSize" : 37797888,
                        "numExtents" : 8,
                        "nindexes" : 1,
                        "lastExtentSize" : 15290368,
                        "paddingFactor" : 1,
                        "systemFlags" : 1,
                        "userFlags" : 1,
                        "totalIndexSize" : 5330752,
                        "indexSizes" : {
                                "_id_" : 5330752
                        },
                        "ok" : 1
                },
                "shard0002" : { //该分片已经有数据了
                        "ns" : "test.users",
                        "count" : 163485,
                        "size" : 18310320,
                        "avgObjSize" : 112,
                        "storageSize" : 22507520,
                        "numExtents" : 7,
                        "nindexes" : 1,
                        "lastExtentSize" : 11325440,
                        "paddingFactor" : 1,
                        "systemFlags" : 1,
                        "userFlags" : 1,
                        "totalIndexSize" : 5322576,
                        "indexSizes" : {
                                "_id_" : 5322576
                        },
                        "ok" : 1
                }
        },
        "ok" : 1
}

说明：
我们可以发现，当我们新增Shard Server后数据自动分布到了新Shard上，这是由MongoDB内部自己实现的。

9、移除Shard Server
有些时候由于硬件资源有限，所以我们不得不进行一些回收工作，下面我们就要将刚刚启用的Shard Server回收，系统首先会将在这个即将被移除的Shard Server上的数据先平均分配到其他的Shard Server上，然后最终在将这个Shard Server踢下线，我们需要不停的调用db.runCommand({"removeshard":"localhost:20002"})来观察这个移除操作进行到哪里了：
[root@localhost bin]# ./mongo admin --port 40000
MongoDB shell version: 2.6.6
connecting to: 127.0.0.1:40000/admin
mongos> use admin
switched to db admin
mongos> db.runCommand({"removeshard":"localhost:20002"});
{
        "msg" : "draining started successfully",
        "state" : "started",  //开始状态
        "shard" : "shard0002",
        "ok" : 1
}
mongos> db.runCommand({"removeshard":"localhost:20002"});
{
        "msg" : "draining ongoing",
        "state" : "ongoing",
        "remaining" : {
                "chunks" : NumberLong(13),
                "dbs" : NumberLong(0)
        },
        "ok" : 1
}
mongos> db.runCommand({"removeshard":"localhost:20002"});
{
        "msg" : "draining ongoing",
        "state" : "ongoing",
        "remaining" : {
                "chunks" : NumberLong(7),
                "dbs" : NumberLong(0)
        },
        "ok" : 1
}
mongos> db.runCommand({"removeshard":"localhost:20002"});
{
        "msg" : "draining ongoing",
        "state" : "ongoing",
        "remaining" : {
                "chunks" : NumberLong(3),
                "dbs" : NumberLong(0)
        },
        "ok" : 1
}
mongos> db.runCommand({"removeshard":"localhost:20002"});
{
        "msg" : "draining ongoing",
        "state" : "ongoing",
        "remaining" : {
                "chunks" : NumberLong(2),
                "dbs" : NumberLong(0)
        },
        "ok" : 1
}
mongos> db.runCommand({"removeshard":"localhost:20002"});
{
        "msg" : "removeshard completed successfully",
        "state" : "completed",
        "shard" : "shard0002",
        "ok" : 1
}

最终移除后，当我们再次调用db.runCommand({"removeshard":"localhost:20002"})的时候系统会报错，以便通知我们不存在20002这个端口的Shard Server了，因为它已经被移除掉了。
接下来我们看看sharding的状态：
mongos> use admin
switched to db admin
mongos> printShardingStatus();
--- Sharding Status --- 
  sharding version: {
        "_id" : 1,
        "version" : 4,
        "minCompatibleVersion" : 4,
        "currentVersion" : 5,
        "clusterId" : ObjectId("54dac57cd9101f94703b77e3")
}
  shards:
        {  "_id" : "shard0000",  "host" : "localhost:20000" }
        {  "_id" : "shard0001",  "host" : "localhost:20001" }
  databases:
        {  "_id" : "admin",  "partitioned" : false,  "primary" : "config" }
        {  "_id" : "test",  "partitioned" : true,  "primary" : "shard0000" }
                test.users
                        shard key: { "_id" : 1 }
                        chunks:
                                shard0000       26
                                shard0001       25
                        too many chunks to print, use verbose if you want to force print
                test.users_2
                        shard key: { "_id" : 1 }
                        chunks:
                                shard0000       1
                        { "_id" : { "$minKey" : 1 } } -->> { "_id" : { "$maxKey" : 1 } } on : shard0000 Timestamp(1, 0) 

mongos> 

发现端口20002的分片已经被删除掉。
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