1 oplog詳解

1.1 oplog介紹

Oplog是local庫下的一個固定集合，Secondary就是通過查看Primary 的oplog這個集合來進(jìn)行復(fù)制的。每個節(jié)點(diǎn)都有oplog，記錄這從主節(jié)點(diǎn)復(fù)制過來的信息，這樣每個成員都可以作為同步源給其他節(jié)點(diǎn)。
Oplog 的存在極大地方便了 MongoDB 副本集的各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)同步，MongoDB 的主節(jié)點(diǎn)接收請求操作，然后在 Oplog 中記錄操作，次節(jié)點(diǎn)異步地復(fù)制并應(yīng)用這些操作。
Oplog 可以說是Mongodb Replication的紐帶。用于存儲 MongoDB 數(shù)據(jù)庫所有數(shù)據(jù)的操作記錄的(實(shí)際只記錄增刪改和一些系統(tǒng)命令操作，查是不會記錄的)，有點(diǎn)類似于 mysql 的 binlog 日志。

1.2 Oplog 的默認(rèn)儲存大小

對于 unix 系統(tǒng)和 windows 系統(tǒng)

Oplog 存儲在 local 庫的 oplog.rs 集合里面。對于一般的線上環(huán)境來說，默認(rèn)的 Oplog 值就已經(jīng)足夠了。當(dāng)達(dá)到儲存大小的日志時(shí)，新的記錄會將老的記錄覆蓋。

但是我們系統(tǒng)中如果存在以下操作的話，那么我們就可能需要設(shè)置更大的 Oplog 值來避免數(shù)據(jù)的丟失(在副本集中數(shù)據(jù)同步過程)：

• 一次更新多個文件
• 刪除與插入同樣數(shù)量的數(shù)據(jù)
• 大量地更新現(xiàn)有的數(shù)據(jù)

從MongoDB 4.0開始， Oplog 可以超過其配置的大小限制，以避免刪除，
一旦mongod第一次創(chuàng)建了 Oplog ，通過更改--oplogSize選項(xiàng)將不會影響 Oplog 的大小。replSetResizeOplog使您可以動態(tài)調(diào)整 Oplog 的大小，而無需重新啟動該mongod過程。

oplog 中每個操作都是 冪等性 的，也就是說，無論是對目標(biāo)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用一次還是多次，oplog操作都會產(chǎn)生相同的結(jié)果。這樣就保證了數(shù)據(jù)的一致性。

1.3 副本集數(shù)據(jù)同步的過程

副本集中數(shù)據(jù)同步的詳細(xì)過程：

Primary節(jié)點(diǎn)寫入數(shù)據(jù)，Secondary通過讀取Primary的oplog得到復(fù)制信息，開始復(fù)制數(shù)據(jù)并且將復(fù)制信息寫入到自己的oplog。如果某個操作失敗（只有當(dāng)同步源的數(shù)據(jù)損壞或者數(shù)據(jù)與主節(jié)點(diǎn)不一致時(shí)才可能發(fā)生），則備份節(jié)點(diǎn)停止從當(dāng)前數(shù)據(jù)源復(fù)制數(shù)據(jù)。如果某個備份節(jié)點(diǎn)由于某些原因掛掉了，當(dāng)重新啟動后，就會自動從oplog的最后一個操作開始同步，同步完成后，將信息寫入自己的oplog，由于復(fù)制操作是先復(fù)制數(shù)據(jù)，復(fù)制完成后再寫入oplog，有可能相同的操作會同步兩份，不過MongoDB在設(shè)計(jì)之初就考慮到這個問題，將oplog的同一個操作執(zhí)行多次，與執(zhí)行一次的效果是一樣的。

作用：

1、當(dāng)Primary進(jìn)行寫操作的時(shí)候，會將這些寫操作記錄寫入Primary的Oplog 中，而后Secondary會將Oplog 復(fù)制到本機(jī)并應(yīng)用這些操作，從而實(shí)現(xiàn)Replication的功能。
2、同時(shí)由于其記錄了Primary上的寫操作，故還能將其用作數(shù)據(jù)恢復(fù)?？梢院唵蔚膶⑵湟曌鱉ysql中的binlog。

1.4 oplog的常用命令

注意事項(xiàng)：
1、在replica set中oplog是一個定容集合（capped collection），它的默認(rèn)大小是磁盤空間的5%（可以通過--oplogSizeMB參數(shù)修改）。
2、oplog位于local庫的db.oplog.rs。其中記錄的是整個mongod數(shù)據(jù)實(shí)例一段時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)庫的所有變更（插入/更新/刪除）操作。
3、當(dāng)oplog的空間用完時(shí)新記錄自動覆蓋最老的記錄。其覆蓋范圍被稱作oplog時(shí)間窗口。需要注意的是，因?yàn)閛plog是一個定容集合，
所以時(shí)間窗口能覆蓋的范圍會因?yàn)槟銌挝粫r(shí)間內(nèi)的更新次數(shù)不同而變化。

常用命令：
登錄副本集主節(jié)點(diǎn)
[mongod@mysql-master mult-mongodb]$ mongo 172.21.209.123:38019/admin

1、查看 Oplog 的狀態(tài)：可以查看到評估的oplog的所用時(shí)間。
my_ReplSet1:PRIMARY> rs.printReplicationInfo()
configured oplog size:   2048MB
log length start to end: 92054secs (25.57hrs)
oplog first event time:  Sat Sep 25 2021 08:45:10 GMT-0400 (EDT)
oplog last event time:   Sun Sep 26 2021 10:19:24 GMT-0400 (EDT)
now:                     Sun Sep 26 2021 10:19:28 GMT-0400 (EDT)
my_ReplSet1:PRIMARY> 

2、查看當(dāng)前的 Oplog 存儲設(shè)置的大小
my_ReplSet1:PRIMARY> use local
switched to db local
my_ReplSet1:PRIMARY> db.oplog.rs.stats().maxSize
NumberLong("2147483648")

3、查看 Oplog 最大大小和現(xiàn)在占用的大小，以及記錄時(shí)長和時(shí)間
my_ReplSet1:PRIMARY> db.getReplicationInfo()
{
    "logSizeMB" : 2048,
    "usedMB" : 22.49,
    "timeDiff" : 92184,
    "timeDiffHours" : 25.61,
    "tFirst" : "Sat Sep 25 2021 08:45:10 GMT-0400 (EDT)",
    "tLast" : "Sun Sep 26 2021 10:21:34 GMT-0400 (EDT)",
    "now" : "Sun Sep 26 2021 10:21:39 GMT-0400 (EDT)"
}

4、更改副本集成員的 Oplog 大小，更改的值要大于等于990MB,這里設(shè)置為1500MB。
my_ReplSet1:PRIMARY> db.adminCommand({replSetResizeOplog: 1, size: 15000})
{
    "ok" : 1,
    "$gleStats" : {
        "lastOpTime" : Timestamp(0, 0),
        "electionId" : ObjectId("7fffffff0000000000000001")
    },
    "lastCommittedOpTime" : Timestamp(1632666134, 1),
    "$configServerState" : {
        "opTime" : {
            "ts" : Timestamp(1632666137, 1),
            "t" : NumberLong(1)
        }
    },
    "$clusterTime" : {
        "clusterTime" : Timestamp(1632666137, 1),
        "signature" : {
            "hash" : BinData(0,"AAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA="),
            "keyId" : NumberLong(0)
        }
    },
    "operationTime" : Timestamp(1632666134, 1)
}
my_ReplSet1:PRIMARY> 

注意：
# 如果我們通過上面命令更改了 Oplog 的大小,系統(tǒng)是不會自動回收原始分配給 Oplog 的磁盤空間，我們需要使用 compact 來回收，在操作 compact 命令時(shí)，副本集成員是無法進(jìn)行同步數(shù)據(jù)的。建議在進(jìn)行回收的時(shí)候，不要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行寫入，我們可以通過 rs.stepDown() 來關(guān)閉所有打開的連接。
use local
db.runCommand({ "compact" : "oplog.rs" })
# 執(zhí)行報(bào)錯的話 ："will not run compact on an active replica set primary as this is a slow blocking operation. use force:true to force"
db.runCommand({ "compact" : "oplog.rs" ,"force":true})

1.5 oplog的日志數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)即日志解析

oplog數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),oplog中字段的含義，通過下面的命令取出一條oplog：
my_ReplSet1:PRIMARY> db.oplog.rs.find().skip(1).limit(1).toArray()
[
    {
        "ts" : Timestamp(1632573921, 2),
        "t" : NumberLong(1),
        "h" : NumberLong(0),
        "v" : 2,
        "op" : "c",
        "ns" : "config.$cmd",
        "ui" : UUID("c781f024-4527-46fd-a448-8cbd8e46737b"),
        "wall" : ISODate("2021-09-25T12:45:21.774Z"),
        "o" : {
            "create" : "transactions",
            "idIndex" : {
                "v" : 2,
                "key" : {
                    "_id" : 1
                },
                "name" : "_id_",
                "ns" : "config.transactions"
            }
        }
    }
]
字段含義解析：
ts: 8字節(jié)的時(shí)間戳，由4字節(jié)unix timestamp + 4字節(jié)自增計(jì)數(shù)表示。這個值很重要，在選舉(如master宕機(jī)時(shí))新primary時(shí)，會選擇ts最大的那個secondary作為新primary
op：1字節(jié)的操作類型
        "i"： insert
        "u"： update
        "d"： delete
        "c"： db cmd
        "db"：聲明當(dāng)前數(shù)據(jù)庫 (其中ns 被設(shè)置成為=>數(shù)據(jù)庫名稱+ '.')
        "n": no op,即空操作，其會定期執(zhí)行以確保時(shí)效性
ns：操作所在的namespace
o：操作所對應(yīng)的document，即當(dāng)前操作的內(nèi)容（比如更新操作時(shí)要更新的的字段和值）
o2: 在執(zhí)行更新操作時(shí)的where條件，僅限于update時(shí)才有該屬性。

2、oplog企業(yè)級應(yīng)用

oplog企業(yè)集應(yīng)用主要用于數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)。通過全量備份+增量備份+OPlog數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)庫的有效恢復(fù)，不會丟失數(shù)據(jù)。因此備份數(shù)據(jù)時(shí)，也必須對oplog進(jìn)行備份，實(shí)現(xiàn)熱備。備份時(shí)使用--oplog選項(xiàng)即可。

應(yīng)用方法：
1、準(zhǔn)備測試數(shù)據(jù)
my_ReplSet1:PRIMARY> 
my_ReplSet1:PRIMARY> show dbs
admin       0.000GB
config      0.001GB
local       0.003GB
ronnystack  0.002GB
my_ReplSet1:PRIMARY> use student
switched to db student
my_ReplSet1:PRIMARY> for(var i = 1 ;i < 100; i++) { db.grades.insert({id:i,coures:"Python",grade:100});}
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
my_ReplSet1:PRIMARY> show tables
grades
my_ReplSet1:PRIMARY> 

2、查看記錄的日志
my_ReplSet1:PRIMARY> use local
switched to db local

my_ReplSet1:PRIMARY> db.oplog.rs.find().skip(1).limit(1).toArray()
[
    {
        "ts" : Timestamp(1632573921, 2),
        "t" : NumberLong(1),
        "h" : NumberLong(0),
        "v" : 2,
        "op" : "c",
        "ns" : "config.$cmd",
        "ui" : UUID("c781f024-4527-46fd-a448-8cbd8e46737b"),
        "wall" : ISODate("2021-09-25T12:45:21.774Z"),
        "o" : {
            "create" : "transactions",
            "idIndex" : {
                "v" : 2,
                "key" : {
                    "_id" : 1
                },
                "name" : "_id_",
                "ns" : "config.transactions"
            }
        }
    }
]
my_ReplSet1:PRIMARY> 

3、oplog 配合mongodump實(shí)現(xiàn)熱備
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ mongodump --port 38019 --oplog -o /data/mongodb/bak-mongodb

4、查看已備份的文件和數(shù)據(jù)庫
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ ll
total 8
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   69 Sep 26 10:47 admin
drwxrwxr-x 2 mongod mongod 4096 Sep 26 10:47 config
-rw-rw-r-- 1 mongod mongod  110 Sep 26 10:47 oplog.bson #備份的oplog二進(jìn)制文件
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   55 Sep 26 10:47 ronnystack
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   53 Sep 26 10:47 student
作用介紹：--oplog 會記錄備份過程中的數(shù)據(jù)變化。會以oplog.bson保存下來

5、故障恢復(fù)。
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ mongorestore  --port 38019 --oplogReplay /data/mongodb/bak-mongodb
注：--oplogReplay用戶恢復(fù)oplog日志，通過全備+增倍+Oplog日志實(shí)現(xiàn)企業(yè)級數(shù)恢復(fù)。

3、oplog高級應(yīng)用

oplog高級應(yīng)用是通過全備+增倍+Oplog日志實(shí)現(xiàn)企業(yè)級數(shù)恢復(fù)。

生產(chǎn)企業(yè)案例：

場景：某企業(yè)數(shù)據(jù)庫每天0點(diǎn)對數(shù)據(jù)庫做全量，oplog恢復(fù)窗口為48小時(shí)
某天上午10點(diǎn)student.users表的數(shù)據(jù)被開發(fā)人員誤刪除。

恢復(fù)思路：
    1、停應(yīng)用，掛維護(hù)頁面
    2、找測試庫，并搭建測試環(huán)境
    3、恢復(fù)昨天晚上0點(diǎn)的全備數(shù)據(jù)
    4、截取全備之后到student.users誤刪除時(shí)間點(diǎn)的oplog，并恢復(fù)到測試庫
    5、將誤刪除表導(dǎo)出，恢復(fù)到生產(chǎn)庫

故障恢復(fù)步驟

1、登錄到數(shù)據(jù)庫并創(chuàng)建備份目錄
[mongod@mysql-master mongodb]$ mongo --port 38019  admin
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ [mongod@mysql-master bak-mongodb]$ mkdir -vp /data/mongodb/bak-mongodb

2、準(zhǔn)備數(shù)據(jù)student庫和grades文檔。
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ for(var i = 1 ;i < 100; i++) { db.grades.insert({id:i,coures:"Python",grade:100});}

3、模擬全庫做備份
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ rm -rf /data/mongodb/bak-mongodb/
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ mongodump --port 38019 --oplog -o /data/mongodb/bak-mongodb  #備份全庫

備份的文件目錄
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ ll
total 8
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   69 Sep 26 19:52 admin
drwxrwxr-x 2 mongod mongod 4096 Sep 26 19:52 config
-rw-rw-r-- 1 mongod mongod  110 Sep 26 19:52 oplog.bson
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   55 Sep 26 19:52 ronnystack
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   53 Sep 26 19:52 student
注：--oplog功能:在備份同時(shí),將備份過程中產(chǎn)生的日志進(jìn)行備份
文件必須存放在/data/mongodb/bak-mongodb下,自動命名為oplog.bson

4、模擬數(shù)據(jù)的增長
my_ReplSet1:PRIMARY> for(i=1;i<=1000;i++){ db.users.insert({"id":i,"name":"Ronny","addr":"sichuan","date":new Date()}); }
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
my_ReplSet1:PRIMARY> for(i=1;i<=100;i++){ db.courses.insert({"id":i,"name":"Python","keshi":240,"date":new Date()}); }
WriteResult({ "nInserted" : 1 })

5、模擬誤刪除數(shù)據(jù)庫
場景：上午10點(diǎn)，某開發(fā)人員誤刪除student庫下的user表
元數(shù)據(jù)：
my_ReplSet1:PRIMARY> show dbs
admin       0.000GB
config      0.000GB
local       0.003GB
ronnystack  0.002GB
student     0.000GB
my_ReplSet1:PRIMARY> use student
switched to db student
my_ReplSet1:PRIMARY> show tables
courses
grades
users
my_ReplSet1:PRIMARY> 

誤刪除模擬：
my_ReplSet1:PRIMARY> db.users.drop()
true
my_ReplSet1:PRIMARY> 
my_ReplSet1:PRIMARY> show tables
courses
grades
my_ReplSet1:PRIMARY> 

6、模擬。發(fā)現(xiàn)故障立即啟動故障恢復(fù)方案。立即停庫，停業(yè)務(wù)。

備份現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和local庫下的oplog.rs文檔
[mongod@mysql-master student]$ mongodump --port 38019 -d local -c oplog.rs  -o /data/mongodb/bak-mongodb
2021-09-26T20:04:34.740-0400    writing local.oplog.rs to /data/mongodb/bak-mongodb/local/oplog.rs.bson
2021-09-26T20:04:34.958-0400    done dumping local.oplog.rs (127999 documents)

7、截圖oplog的數(shù)據(jù)，并恢復(fù)到刪除之前的位置。
7.1  登陸到原數(shù)據(jù)庫
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ mongo --port 38019  admin

7.2 查看獲取數(shù)據(jù)庫的oplog，此處獲取一個文檔。
my_ReplSet1:PRIMARY> use local
switched to db local
my_ReplSet1:PRIMARY> db.oplog.rs.find({op:"c"}).pretty();
{
    "ts" : Timestamp(1632700901, 1),
    "t" : NumberLong(1),
    "h" : NumberLong(0),
    "v" : 2,
    "op" : "c",
    "ns" : "student.$cmd",
    "ui" : UUID("5ae40786-5938-43a8-9b8e-a4bd80f67298"),
    "o2" : {
        "numRecords" : 1000
    },
    "wall" : ISODate("2021-09-27T00:01:41.904Z"),
    "o" : {
        "drop" : "users"
    }
}

my_ReplSet1:PRIMARY> 

7.3  獲取到oplog誤刪除時(shí)間點(diǎn)位置:
"ts" : Timestamp(1632700901, 1)


8、數(shù)據(jù)庫恢復(fù)
方案：恢復(fù)全備備份+應(yīng)用oplog

8.1、進(jìn)入到備份目錄下
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ ll
total 8
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   69 Sep 26 19:52 admin
drwxrwxr-x 2 mongod mongod 4096 Sep 26 19:52 config
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   57 Sep 26 20:04 local
-rw-rw-r-- 1 mongod mongod  110 Sep 26 19:52 oplog.bson
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   55 Sep 26 19:52 ronnystack
drwxrwxr-x 2 mongod mongod   53 Sep 26 19:52 student
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ cd local/
[mongod@mysql-master local]$ ll
total 23644
-rw-rw-r-- 1 mongod mongod 24203894 Sep 26 20:04 oplog.rs.bson
-rw-rw-r-- 1 mongod mongod      142 Sep 26 20:04 oplog.rs.metadata.json

8.2 復(fù)制local庫下的oplog.rs.bson到上一級目錄下，會覆蓋之前備份的oplog.bson。如需要，請備份。
[mongod@mysql-master local]$ cp oplog.rs.bson  ../oplog.bson 

8.3、刪除備份的local庫和表
[mongod@mysql-master local]$ rm -rf /data/mongodb/bak-mongodb/local/

8.4、恢復(fù)數(shù)據(jù)庫，及恢復(fù)過程
#數(shù)據(jù)庫的恢復(fù)，如果是生產(chǎn)環(huán)境，做好備份，請恢復(fù)到測試庫中。本次是在原庫恢復(fù)，因有冪等性，恢復(fù)比較慢。
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ mongorestore --port 38019  --oplogReplay --oplogLimit "1632700901:1"  --drop   /data/mongodb/bak-mongodb
2021-09-26T20:17:44.451-0400    preparing collections to restore from
2021-09-26T20:17:44.451-0400    don't know what to do with file "/data/mongodb/bak-mongodb/.oplog.bson.swp", skipping...
2021-09-26T20:17:44.461-0400    reading metadata for config.cache.chunks.config.system.sessions from /data/mongodb/bak-mongodb/config/cache.chunks.config.system.sessions.metadata.json
2021-09-26T20:17:44.513-0400    restoring config.cache.chunks.config.system.sessions from /data/mongodb/bak-mongodb/config/cache.chunks.config.system.sessions.bson
2021-09-26T20:17:44.526-0400    reading metadata for student.grades from /data/mongodb/bak-mongodb/student/grades.metadata.json
2021-09-26T20:17:44.526-0400    reading metadata for ronnystack.courses from /data/mongodb/bak-mongodb/ronnystack/courses.metadata.json
2021-09-26T20:17:44.551-0400    restoring student.grades from /data/mongodb/bak-mongodb/student/grades.bson
2021-09-26T20:17:44.561-0400    restoring ronnystack.courses from /data/mongodb/bak-mongodb/ronnystack/courses.bson
2021-09-26T20:17:44.562-0400    restoring indexes for collection ronnystack.courses from metadata
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2021-09-26T20:18:50.523-0400    applied 114582 oplog entries
2021-09-26T20:18:50.523-0400    oplog  23.1MB
2021-09-26T20:18:50.523-0400    1131 document(s) restored successfully. 0 document(s) failed to restore.
[mongod@mysql-master bak-mongodb]$ 
注意：--oplogLimit "1632700901:1" 的格式和位置。

8.5、登錄到數(shù)據(jù)庫并驗(yàn)證數(shù)據(jù)
my_ReplSet1:PRIMARY> use student
switched to db student
my_ReplSet1:PRIMARY> show tables
courses
grades
users
my_ReplSet1:PRIMARY> db.users.count()
1000
my_ReplSet1:PRIMARY> 

4 分片集群備份

思考：分片集群是分布式，如何進(jìn)行備份有效恢復(fù)，制定備份方案。

4.1、分片集群要備份什么？
根據(jù)分片集群的結(jié)構(gòu)組成，分為三部分：mongos、config server和shard 。
mongos是作為路由，不存儲數(shù)據(jù)。因此，需要備份config server和shard 節(jié)點(diǎn)，

4.2 、單獨(dú)進(jìn)行備份
 備份有什么困難和問題
（1）chunk遷移的問題
    人為控制在備份的時(shí)候，避開遷移的時(shí)間窗口
（2）shard節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)不在同一時(shí)間點(diǎn)。
    選業(yè)務(wù)量較少的時(shí)候       
        
4.3 、了解Ops Manager ，用于分片備份，監(jiān)控，優(yōu)化等。

至此：MongoDB的OPlog和備份恢復(fù)案例演示完畢。