mongodb中oplog介紹和格式詳析

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1. 基本概念

    oplog使用固定大小集合記錄瞭數據庫中所有修改操作的操作日志(新增、修改和刪除，無查詢)，mongodb收到修改請求後，先在主節點（Primary）執行請求，再把操作日志保存到oplog表中，其他從節點（Secondary）到主節點拉取oplog並在異步進程中應用這些操作，從而達到主從數據的一致性。復制組內的所有節點都會保存一份oplog(集合名local.oplog.rs)，這讓他們可以保持同樣的數據庫狀態。

    為瞭提高同步效率，所有復制組成員都會向其他成員發送保活報文(pings)，任意從節點可以從其他成員節點同步oplog（即可以從主節點同步，也可以從從節點同步）。oplog中的操作都是冪等的，即oplog中的某個操作日志在目標數據庫中應用一次或者多次，其結果都是一樣的。

    主從同步示意圖如下(客戶端寫數據到主節點，從節點從主節點同步oplog並應用到本節點)：

2. Oplog 的默認儲存大小

 當你首次啟動復制組節點時，在你未指定oplog大小時，mongodb會使用默認大小來創建oplog。

對於Unix和Windows系統來說，默認大小和存儲引擎的對應關系如下：

存儲引擎類型 oplog大小 下限 上限
內存 物理內存的5% 50MB 50GB
WiredTiger 空閑磁盤的5% 990MB 50GB　

 (註意，最新4.4版本的mongodb移除瞭MMAP類型存儲引擎的支持。)

對於64位maxOS系統來說，參照使用的存儲引擎類型，該默認大小是192MB（物理內存或者磁盤空間），如下：

存儲引擎類型 oplog大小
內存 192MB物理內存
WiredTiger 192MB的磁盤空間

大部分情況下，oplog的默認大小是足夠的。舉個例子，如果5%的磁盤空間存儲瞭最近24小時的操作日志，此時如果某個從節點的日志同步時間差超過24小時時，從節點將停止同步oplog，並將自身的狀態從“Secondery”切換到“STALE”。當然，在實際的運行環境中，大部分復制組成員的負載會低一些，他們的oplog中也會持有更長時間段的日志。

3. 可能需要更大oplog的工作負載

如果你預測到你的復制組的工作負載屬於以下的模式，你需要創建比默認值更大一些的oplog。相反的，如果你的應用大部分情況下是讀操作，隻有小部分的寫操作，那麼更小一些的oplog也是滿足需要的。

下面的工作負載可能需要更大一些的oplog

單次操作會更新多條記錄

為瞭滿足oplog的冪等性，單次操作更新多條記錄時，mongodb會記錄多條操作日志到oplog中，這種場景就需要使用大量的oplog的空間，雖然此時數據大小或者磁盤大小並沒有相應的增加那麼多。

刪除操作和插入操作一樣多時

 如果你的刪除操作請求量和插入操作的請求量大致相當時，數據庫在磁盤空間消耗方面不會有明顯增長，但是操作日志的大小會非常巨大。

顯著數量的原文檔更新

如果工作負載的大部分操作都是原文檔更新，此時雖然不會增加數據庫中文檔的數量，但是數據庫需要記錄大量的操作日志。

4. Oplog狀態

如果要查看oplog的狀態，包含記錄條數和時間范圍，可以使用”rs.printReplicationInfo() “命令，如下：

MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> rs.printReplicationInfo()
configured oplog size:   1024MB  // oplog大小是1024MB
log length start to end: 867353secs (240.93hrs)  // 第一條和最後一條日志的時間差是240.93小時
oplog first event time:  Wed Jul 07 2021 20:24:57 GMT+0800
oplog last event time:   Sat Jul 17 2021 21:20:50 GMT+0800
now:                     Sat Jul 17 2021 21:20:56 GMT+0800

5. Oplog格式

從前面知道oplog是存儲在數據庫local中，表名為“oplog.rs”，通過查詢命令看一下oplog的數據格式：

db.oplog.rs.find({"ns":"test.users"}).limit(1)   // ns字段指明查詢對數據庫test中users表的操作日志
{
    "ts": Timestamp(1625660877, 2),     // 日志的操作時間戳，第一個數字是時間戳，單位秒，第二個數字是當前秒的第2個操作
    "t": NumberLong(2),
    "h": NumberLong("5521980394145765083"),
    "v": 2,
    "op": "i",            // i表示insert，u表示update,d表示delete，c 表示的是數據庫的命令，比如建表,n表示noop,即空操作
    "ns": "test.users",   // 命名空間，即數據庫和集合名稱
    "ui": UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"), // 連接到mongodb的客戶端會話id
    "wall": ISODate("2021-07-07T12:27:57.689Z"),  // 操作執行時間，utc時間
    "o": {        // 操作的內容，對於不同的op類型，其格式不盡相同
        "_id": ObjectId("60e59dcd46db1fb4605f8b18"),
        "name": "1"
    }
}

6. CUD操作和Oplog的對應關系

前面分析oplog日志格式的時候，查看瞭一條insert操作對應的日志，就不再贅述，下面再看下delete和update對應的日志格式(find不會產生oplog)。

delete操作

首先插入三條記錄：

MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> use testswitched to db testMongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.insert({"name":"張三","age":NumberInt(10),"sex":"男"})WriteResult({ "nInserted" : 1 })MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.insert({"name":"李四","age":NumberInt(11),"sex":"男"})WriteResult({ "nInserted" : 1 })MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.insert({"name":"王五","age":NumberInt(12),"sex":"男"})WriteResult({ "nInserted" : 1 })MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.find(){ "_id" : ObjectId("60f2e11b0d98dc3b374199de"), "name" : "張三", "age" : 10, "sex" : "男" }{ "_id" : ObjectId("60f2e11e0d98dc3b374199df"), "name" : "李四", "age" : 11, "sex" : "男" }{ "_id" : ObjectId("60f2e11e0d98dc3b374199e0"), "name" : "王五", "age" : 12, "sex" : "男" }

執行delete操作，匹配條件是{“sex”:”男”}，即刪除所有性別為男的記錄：

MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.remove({"sex":"男"})
WriteResult({ "nRemoved" : 3 })
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.find()
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY>

可以看到，一條刪除命令刪除瞭三條記錄，對應的oplog是什麼呢，來，查一下：

MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> use local
switched to db local
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.oplog.rs.find({"ns":"test.users","op":"d","wall":{"$gt":ISODate("2021-07-17T13:50:57.689Z")}})
{ "ts" : Timestamp(1626530154, 1), "t" : NumberLong(2), "h" : NumberLong("5834731856459959506"), "v" : 2, "op" : "d", "ns" : "test.users", "ui" : UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"), "wall" : ISODate("2021-07-17T13:55:54.424Z"), "o" : { "_id" : ObjectId("60f2e11b0d98dc3b374199de") } }
{ "ts" : Timestamp(1626530154, 2), "t" : NumberLong(2), "h" : NumberLong("-2164276082472824844"), "v" : 2, "op" : "d", "ns" : "test.users", "ui" : UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"), "wall" : ISODate("2021-07-17T13:55:54.424Z"), "o" : { "_id" : ObjectId("60f2e11e0d98dc3b374199df") } }
{ "ts" : Timestamp(1626530154, 3), "t" : NumberLong(2), "h" : NumberLong("3834858247238363179"), "v" : 2, "op" : "d", "ns" : "test.users", "ui" : UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"), "wall" : ISODate("2021-07-17T13:55:54.424Z"), "o" : { "_id" : ObjectId("60f2e11e0d98dc3b374199e0") } }
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY>

從上可以看到，一條刪除命令，在oplog中記錄瞭三條日志，下面分析其中的一條：

{
    "ts": Timestamp(1626530154, 1),
    "t": NumberLong(2),
    "h": NumberLong("5834731856459959506"),
    "v": 2,
    "op": "d",   // 刪除操作
    "ns": "test.users",  // 數據庫是test，集合是users
    "ui": UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"),
    "wall": ISODate("2021-07-17T13:55:54.424Z"),
    "o": {     // 待刪除記錄的_id
        "_id": ObjectId("60f2e11b0d98dc3b374199de")
    }
}

從上面日志分析可以得到結論：

用戶的一次刪除請求，如果刪除瞭N條記錄，那麼oplog中將記錄N條日志，日志中會記錄待刪除記錄的“_id”字段，與用戶的刪除請求的參數無關。

update操作

下面再看下更新操作對應的oplog的日志數量和格式。

首先插入三條記錄：

MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> use test
switched to db test
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY>
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.insert({"name":"張三","age":NumberInt(10),"sex":"男"})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.insert({"name":"李四","age":NumberInt(11),"sex":"男"})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.insert({"name":"王五","age":NumberInt(12),"sex":"男"})
WriteResult({ "nInserted" : 1 })
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.find()
{ "_id" : ObjectId("60f2e2db0d98dc3b374199e1"), "name" : "張三", "age" : 10, "sex" : "男" }
{ "_id" : ObjectId("60f2e2db0d98dc3b374199e2"), "name" : "李四", "age" : 11, "sex" : "男" }
{ "_id" : ObjectId("60f2e2dc0d98dc3b374199e3"), "name" : "王五", "age" : 12, "sex" : "男" }

再執行更新操作：

MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.update({"sex":"男"},  {"$inc":{"age":NumberInt(1)}}, false, true)
WriteResult({ "nMatched" : 3, "nUpserted" : 0, "nModified" : 3 })
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.users.find()                                                          
{ "_id" : ObjectId("60f2e2db0d98dc3b374199e1"), "name" : "張三", "age" : 11, "sex" : "男" }
{ "_id" : ObjectId("60f2e2db0d98dc3b374199e2"), "name" : "李四", "age" : 12, "sex" : "男" }
{ "_id" : ObjectId("60f2e2dc0d98dc3b374199e3"), "name" : "王五", "age" : 13, "sex" : "男" }

從返回結果可以看到，更新操作執行成功，並更新瞭三條記錄，下面看下oplog的日志：

MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> use local
switched to db local
MongoDB Enterprise repa:PRIMARY> db.oplog.rs.find({"ns":"test.users","op":"u","wall":{"$gt":ISODate("2021-07-17T13:50:57.689Z")}})
{ "ts" : Timestamp(1626530575, 1), "t" : NumberLong(2), "h" : NumberLong("-6359278368726841648"), "v" : 2, "op" : "u", "ns" : "test.users", "ui" : UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"), "o2" : { "_id" : ObjectId("60f2e2db0d98dc3b374199e1") }, "wall" : ISODate("2021-07-17T14:02:55.319Z"), "o" : { "$v" : 1, "$set" : { "age" : 11 } } }
{ "ts" : Timestamp(1626530575, 2), "t" : NumberLong(2), "h" : NumberLong("-4351658862590633053"), "v" : 2, "op" : "u", "ns" : "test.users", "ui" : UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"), "o2" : { "_id" : ObjectId("60f2e2db0d98dc3b374199e2") }, "wall" : ISODate("2021-07-17T14:02:55.319Z"), "o" : { "$v" : 1, "$set" : { "age" : 12 } } }
{ "ts" : Timestamp(1626530575, 3), "t" : NumberLong(2), "h" : NumberLong("5911110003695351597"), "v" : 2, "op" : "u", "ns" : "test.users", "ui" : UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"), "o2" : { "_id" : ObjectId("60f2e2dc0d98dc3b374199e3") }, "wall" : ISODate("2021-07-17T14:02:55.319Z"), "o" : { "$v" : 1, "$set" : { "age" : 13 } } }

和delete類似，update操作也是產生瞭三條日志，選第一條分析：

{
    "ts": Timestamp(1626530575, 1),
    "t": NumberLong(2),
    "h": NumberLong("-6359278368726841648"),
    "v": 2,
    "op": "u",   // 更新操作
    "ns": "test.users",  // 數據庫test，集合是users
    "ui": UUID("edabbd93-76eb-42be-b54a-cdc29eb1f267"),
    "o2": {  // 更新操作的查詢條件，使用的記錄的_id
        "_id": ObjectId("60f2e2db0d98dc3b374199e1")
    },
    "wall": ISODate("2021-07-17T14:02:55.319Z"),
    "o": {  // 更新操作的更新內容，原始的inc操作符轉變為set操作符，可以滿足冪等性
        "$v": 1,
        "$set": {
            "age": 11
        }
    }
}

從上面日志分析可以得到結論：

用戶的一次更新請求，如果更新瞭N條記錄，那麼oplog中將記錄N條日志，日志中記錄待更新記錄的“_id”字段為查詢條件，更新操作使用的是set操作符，並不是用戶的更新操作符。

小結

從上面的delete和update操作對應的oplog日志分析可以看出，oplog記錄的不是用戶的原始命令，而是對應的邏輯命令，通過這種方式可以滿足oplog的冪等性，但是也會衍生出可能產生大量oplog記錄的問題，需要用戶根據業務模型的需要，來選擇合適的oplog大小。

https://github.com/tomliugen

總結

到此這篇關於mongodb中oplog介紹和格式詳析的文章就介紹到這瞭,更多相關mongodb oplog和格式內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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