前言
本文详细介绍了在Linux环境下安装和配置MongoDB副本集的完整流程。主要内容包括：下载MongoDB安装包并上传至服务器；创建必要的数据和日志目录；解压安装包并配置mongod.conf文件；分发MongoDB到集群节点；配置环境变量；启动副本集服务；以及初始化副本集并添加节点。通过图文并茂的方式展示了每个操作步骤的执行过程和验证方法，最终实现了包含hadoop1（主节点）、hadoop2和hadoop3（副本节点）的三节点MongoDB副本集环境。
一、下载MongoDB
1. 下载MongoDB
MongoDB安装包下载地址：https://fastdl.mongodb.org/linux/mongodb-linux-x86_64-rhel70-5.0.30.tgz
2. 上传安装包
通过拖移的方式将下载的MongoDB安装包mongodb-linux-x86_64-rhel70-5.0.30.tgz上传至虚拟机hadoop1的/export/software目录。
3. 创建相关目录
目录/export/data/mongodb/data用于存放副本数据，目录/export/data/mongodb/logs用于存放副本集日志，文件/export/data/mongodb/logs/mongodb.log用于保存日志，MongoDB的数据目录和日志目录不会自动创建，需要手动创建。分别在虚拟机hadoop1、hadoop2和hadoop3执行如下命令创建相关目录。
mkdir -p /export/data/mongodb/data
mkdir -p /export/data/mongodb/logs
touch /export/data/mongodb/logs/mongodb.log
二、安装配置MongoDB
1. 解压MongoDB安装包
在虚拟机hadoop1上将MongoDB安装包解压至/export/servers目录。
tar -zxvf /export/software/mongodb-linux-x86_64-rhel70-5.0.30.tgz -C /export/servers/
解压完成如下图所示。
2. 重命名MongoDB文件夹名称
把MongoDB文件夹名称按标准命名方式（软件名-版本号）重命名。
mv /export/servers/mongodb-linux-x86_64-rhel70-5.0.30/ /export/servers/mongodb-5.0.30
3. 修改配置文件
参数映射说明
| 命令行参数 | 配置文件路径 | 说明 |
|---|---|---|
--port 27017 |
net.port |
MongoDB服务监听的端口 |
--bind_ip hadoop1 |
net.bindIp |
监听的网络接口（主机名或IP） |
--dbpath=/export/... |
storage.dbPath |
数据文件存储路径 |
--logpath=/export/... |
systemLog.path |
日志文件路径 |
--logappend |
systemLog.logAppend |
以追加模式写入日志（保留历史记录） |
--fork |
processManagement.fork |
以守护进程模式运行（后台运行） |
--replSet bigdata_mongodb |
replication.replSetName |
副本集名称 |
在虚拟机hadoop1执行如下命令创建配置文件目录，并向配置文件mongod.conf中添加配置内容。
mkdir -p /export/servers/mongodb-5.0.30/conf
cat >/export/servers/mongodb-5.0.30/conf/mongod.conf <<EOF
# 网络配置
net:
port: 27017
bindIp: 0.0.0.0
# 存储配置
storage:
dbPath: /export/data/mongodb/data
# 日志配置
systemLog:
destination: file
path: /export/data/mongodb/logs/mongodb.log
logAppend: true
# 进程配置
processManagement:
fork: true
# 复制集配置
replication:
replSetName: "bigdata_mongodb"
EOF
4. 分发MongoDB文件夹
把虚拟机hadoop1中的MongoDB文件夹复制到虚拟机hadoop2和hadoop3中。
scp -r /export/servers/mongodb-5.0.30/ root@hadoop2:/export/servers/
scp -r /export/servers/mongodb-5.0.30/ root@hadoop3:/export/servers/
5. 配置环境变量
分别在虚拟机hadoop1、hadoop2和hadoop3执行如下命令，向环境变量配置文件/etc/profile追加环境变量内容。配置环境变量后，需要加载环境变量配置文件/etc/profile，使用hadoop的环境变量生效。
echo >> /etc/profile
echo 'export MONGODB_HOME=/export/servers/mongodb-5.0.30' >> /etc/profile
echo 'export PATH=$PATH:$MONGODB_HOME/bin:$MONGODB_HOME/bin' >> /etc/profile
source /etc/profile
配置好环境变量后，分别在虚拟机hadoop1、hadoop2和hadoop3执行如下命令验证环境变量是否配置成功。
mongo --version
成功如下图所示。
6. 启动副本集
以副本集模式启动MongoDB，分别在虚拟机hadoop1、hadoop2和hadoop3执行如下命令启动MongoDB服务。
mongod -f /export/servers/mongodb-5.0.30/conf/mongod.conf
7. 进入MongoDB客户端
在虚拟机hadoop1执行如下命令进入hadoop1的MongoDB客户端。
mongo --host hadoop1 --port 27017
8. 初始化副本集
8.1 初始化副本集
在虚拟机hadoop1执行如下命令初始化副本集。
rs.initiate()
初始化成功如下图所示。
完成初始化后，节点默认处于SECONDARY（副本节点）状态，等待几秒后自动选举自己为PRLMARY（主节点），如下图所示。
8.2 添加副本节点
在虚拟机hadoop1执行如下命令将服务器hadoop2和hadoop3以副本节点的角色添加到副本集中。
rs.add("hadoop2:27017")
rs.add("hadoop3:27017")
添加成功如下图所示。
在虚拟机hadoop2执行如下命令进入hadoop2的MongoDB客户端，查看副本集状态。
mongo --host hadoop2 --port 27017
如下图所示，服务器hadoop2是为SECONDARY状态。
在虚拟机hadoop3执行如下命令进入hadoop3的MongoDB客户端，查看副本集状态。
mongo --host hadoop3 --port 27017
如下图所示，服务器hadoop3是为SECONDARY状态。
三、副本集操作
1. 副本集状态介绍
以下是 MongoDB 副本集（Replica Set）状态的详细介绍。
| 分类 | 状态/概念 | 说明 |
|---|---|---|
| 基本架构 | 副本集（Replica Set） | 由多个 MongoDB 节点组成的集群，实现数据冗余、高可用和故障转移。 |
| 主节点（Primary） | 唯一可写入的节点，处理所有写操作，并将变更同步到从节点（Secondary）。 | |
| 从节点（Secondary） | 复制主节点数据，可用于读操作（默认禁止，需配置 readPreference）。 |
|
| 仲裁节点（Arbiter） | 不存储数据，仅参与选举投票，用于解决脑裂问题（奇数节点时非必需）。 | |
| 节点状态 | PRIMARY |
主节点状态，当前集群唯一写入节点。 |
SECONDARY |
从节点状态，同步主节点数据，支持只读（需配置）。 | |
RECOVERING |
节点正在同步数据（如初次加入副本集或数据同步中），不可读/写。 | |
STARTUP |
节点刚启动，正在初始化，尚未完成同步。 | |
STARTUP2 |
节点已完成初始化，正在尝试加入副本集。 | |
DOWN |
节点不可用（如进程停止或网络故障）。 | |
ARBITER |
仲裁节点状态，仅参与选举，不存储数据。 | |
REMOVED |
节点已从副本集中移除（但可能仍存在于配置中）。 | |
| 选举机制 | 主节点选举（Election） | 当主节点故障时，从节点通过心跳检测和投票机制重新选举新主节点。 |
| 心跳（Heartbeat） | 节点间通过定期心跳（默认2秒）检测存活状态。 | |
| 多数派原则（Majority） | 选举需获得副本集多数节点（含主节点）的投票才能生效。 | |
| 数据同步 | oplog（操作日志） | 主节点记录所有写操作的日志，从节点通过回放 oplog 实现数据同步。 |
| 同步延迟（Replication Lag） | 从节点与主节点的数据延迟时间（正常情况下应接近0）。 | |
| 读写策略 | 读偏好（Read Preference） | 控制读请求路由到主节点或从节点，支持 primary、primaryPreferred、secondary、secondaryPreferred、nearest 等模式。 |
| 管理命令 | rs.status() |
查看副本集状态的核心命令，返回各节点状态、同步信息及选举相关参数。 |
rs.initiate() |
初始化副本集配置。 | |
rs.add() |
向副本集添加节点。 | |
rs.remove() |
从副本集移除节点。 | |
| 典型场景 | 故障转移（Failover） | 主节点故障后，从节点自动选举新主节点，业务自动切换（需驱动支持）。 |
| 负载均衡（Read Scaling） | 将读请求分发到从节点，减轻主节点压力（需配置读偏好）。 | |
| 注意事项 | 节点数量建议 | 推荐奇数个节点（如3/5/7个），避免脑裂（偶数节点需搭配仲裁节点）。 |
| 版本兼容性 | 副本集内节点版本必须一致，否则可能导致同步失败或功能异常。 |
2. 查看副本集成员状态
在虚拟机hadoop1执行如下命令查看副本集成员状态。
rs.status()
返回的部分结果如下图所示。
状态码对应关系
| 状态码 | 状态字符串 | 说明 |
|---|---|---|
1 |
PRIMARY |
主节点 |
2 |
SECONDARY |
从节点 |
3 |
RECOVERING |
数据同步中（不可用） |
5 |
STARTUP |
节点启动中 |
6 |
ARBITER |
仲裁节点 |
8 |
DOWN |
节点不可用 |
9 |
UNKNOWN |
节点状态未知（如网络隔离） |
3. 数据同步
3.1 启用数据同步
分别在虚拟机hadoop2和hadoop3的MongoDB客服端执行如下命令开启数据同步。
rs.secondaryOk()
3.2 测试数据同步
在虚拟机hadoop1的MongoDB客服端执行如下命令，切换到test数据库，并向集合user插入一个文档。
use test
db.user.insert({"name":"zhangsan"})
db.user.find({})
在虚拟机hadoop2和hadoop3的MongoDB客服端执行如下命令，测试数据是否已经同步，可用查询到数据说明数据已经同步到hadoop2和hadoop3。
use test
db.user.find({})
如下图所示。
4. 故障转移
测试方法：终止hadoop1的MongoDB的主节点进程，查看hadoop2和hadoop3这两个从节点是否会有一个自动转为主节点。
4.1 终止hadoop1的MongoDB的主节点进程
查看hadoop1的MongoDB服务进程的PID。
ps -ef | grep mongodb
MongoDB服务进程的PID如下图红框部分所示。
关闭hadoop1的MongoDB服务进程。
kill -9 <PID>
4.2 查看从节点是否有一个自动转为主节点
如下图所示，在hadoop2和hadoop3这两个从节点中，hadoop2转为了主节点。
5. 配置副本集成员
5.1 调整副本集成员的优先级
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把副本集成员信息赋值到变量cfg中。
cfg=rs.conf()
优先级越高越容易被选举为主节点，优先级的范围是0-100（值越大优先级越高），所有节点的优先级默认为1，优先级为0不能成为主节点。
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把hadoop1的优先级改为2，并将修改后的配置应用到副本集。
cfg.members[0].priority=2
rs.reconfig(cfg)
配置成功如下图所示。
重新启动hadoop1的MongoDB服务
在虚拟机hadoop1执行如下命令启动MongoDB服务。
mongod -f /export/servers/mongodb-5.0.30/conf/mongod.conf
启动完成后等待10秒，可以发现hadoop1被重新选举成为主节点（因为hadoop1的优先级比较高），如下图所示。
5.2 配置隐藏节点
隐藏节点是副本集中持有数据副本、对客户端不可见、但可以参与主节点选举和数据同步的特殊节点，可用于数据备份或离线分析等场景。
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把副本集成员信息赋值到变量cfg中。
cfg=rs.conf()
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把hadoop2的优先级改为0，使其不能被选举为主节点。
cfg.members[1].priority=0
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把hadoop2设置为隐藏节点。
cfg.members[1].hidden=true
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令将修改后的配置应用到副本集。
rs.reconfig(cfg)
5.3 配置延迟节点
延迟节点（Delayed Node）是副本集中数据落后于主节点指定时间（如1小时）的从节点，用于数据误操作恢复、版本验证等场景。
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把副本集成员信息赋值到变量cfg中。
cfg=rs.conf()
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把hadoop2的优先级改为0，使其不能被选举为主节点。
cfg.members[1].priority=0
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把hadoop2设置为延迟节点，设置延迟时间为3600秒。
cfg.members[1].secondaryDelaySecs=3600
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令将修改后的配置应用到副本集。
rs.reconfig(cfg)
5.4 配置副本集成员投票权
副本集成员的投票权是指成员在主节点选举中是否具备投票资格，允许有七个拥有投票权的成员，由votes参数控制（默认值为1表示有投票权，0表示无投票权），通常用于控制选举过程或排除特殊节点（如延迟节点、隐藏节点）参与投票。
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把副本集成员信息赋值到变量cfg中。
cfg=rs.conf()
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把hadoop2的投票权设置为0，使其不能参与投票。
cfg.members[1].votes=0
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令将修改后的配置应用到副本集。
rs.reconfig(cfg)
5.5 将副本节点转为仲裁节点
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把副本集成员信息赋值到变量cfg中。
cfg=rs.conf()
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令把服务器hadoop2从副本集中移除。
rs.remove("hadoop2:27017")
在虚拟机hadoop2上按Ctrl+C关闭MongoDB客服端，并执行如下操作关闭MongoDB服务进程。
查看hadoop2的MongoDB服务进程的PID。
ps -ef | grep mongodb
MongoDB服务进程的PID如下图红框部分所示。
关闭hadoop2的MongoDB服务进程。
kill -9 <PID>
在虚拟机hadoop2上执行如下命令备份MongoDB数据存放目录。
mv /export/data/mongodb/data /export/data/mongodb/data-old
在虚拟机hadoop2上执行如下命令创建新的数据存放目录，并重新启动MongoDB服务。
mkdir -p /export/data/mongodb/data
mongod -f /export/servers/mongodb-5.0.30/conf/mongod.conf
在虚拟机主节点的MongoDB客服端执行如下命令以仲裁节点角色将hadoop2添加到副本集中。
rs.addArb("hadoop2:27017")