MongoDB架构

逻辑架构

MongoDB与MySQL中的架构差不多，底层都使用了可插拔的存储引擎以满足用户的不用需要。用户可以根据程序的数据特征选择不同的存储引擎，在最新版本的MongoDB中使用了WiredTiger作为默认的存储引擎，WiredTiger提供了不用粒度的并发控制和压缩控制，能够为不同种类的应用提供最好的性能和存储率。

MongoDB存储引擎

存储引擎是MongoDB的核心组件，负责管理数据如何存储在硬盘和内存上。MongoDB支持的存储引擎有MMAPv1 ,WiredTiger和InMemory。InMemory存储引擎用于将数据只存储在内存中，只将少量的元数据(meta-data)和诊断日志（Diagnostic）存储到硬盘文件中，由于不需要Disk的IO操作，就能获取所需
的数据，InMemory存储引擎大幅度降低了数据查询的延迟（Latency）。从mongodb3.2开始默认的存储引擎是WiredTiger,3.2版本之前的默认存储引擎是MMAPv1，mongodb4.x版本不再支持MMAPv1存储引擎。

WiredTiger存储引擎

• WiredTiger使用BTree存储，MMAPV1使用线性存储需要Padding
• WiredTiger支持文档级别锁，MMAPV1引擎只支持表级锁
• WiredTiger使用snappy（默认）和zlib压缩方式
• WiredTiger可以指定使用内存的大小

• WiredTiger使用了二阶缓存wiredTiger Cache，File System Cache来保证Disk上的数据的最终一致性

  WiredTiger引擎包含的文件和作用

  

• WiredTiger.basecfg: 存储基本配置信息，与 ConfigServer有关系

• WiredTiger.lock: 定义锁操作
• table*.wt: 存储各张表的数据
• WiredTiger.wt: 存储table* 的元数据
• WiredTiger.turtle: 存储WiredTiger.wt的元数据

• journal: 存储WAL(Write Ahead Log)

  WiredTiger存储引擎实现原理

  WiredTiger的写操作会默认写入Cache ,并持久化到WAL (Write Ahead Log)，每60s或Log文件达到2G做一次checkpoint (当然我们也可以通过在写入时传入 j: true 的参数强制 journal 文件的同步 ，writeConcern{ w: , j: , wtimeout: }) 产生快照文件。WiredTiger初始化时，恢复至最新的快照状态，然后再根据WAL恢复数据，保证数据的完整性。
  
  Cache是基于BTree的，节点是一个page，root page是根节点，internal page是中间索引节点，leafpage真正存储数据，数据以page为单位读写WiredTiger采用Copy on write的方式管理写操作（insert、update、delete），写操作会先缓存在cache里，持久化时，写操作不会在原来的leaf page上进行，而是写入新分配的page，每次checkpoint都会产生一个新的root page。
  在数据库宕机时 , 为保证 MongoDB 中数据的持久性，MongoDB 使用了Write Ahead Logging 向磁盘上的 journal 文件预先进行写入。除了 journal 日志，MongoDB 还使用检查点（checkpoint）来保证数据的一致性，当数据库发生宕机时，我们就需要 checkpoint 和 journal 文件协作完成数据的恢复工作。

• 1. 在数据文件中查找上一个检查点的标识符
• 1. 在 journal 文件中查找标识符对应的记录
• 1. 重做对应记录之后的全部操作