在MongoDB（版本 3.2.9）中，分片集群（sharded cluster）是一种水平扩展数据库系统性能的方法，能够将数据集分布式存储在不同的分片（shard）上，每个分片只保存数据集的一部分，MongoDB保证各个分片之间不会有重复的数据，所有分片保存的数据之和就是完整的数据集。分片集群将数据集分布式存储，能够将负载分摊到多个分片上，每个分片只负责读写一部分数据，充分利用了各个shard的系统资源，提高数据库系统的吞吐量。

数据集被拆分成数据块（chunk），每个数据块包含多个doc，数据块分布式存储在分片集群中（腾云科技ty300.com）。MongoDB负责追踪数据块在shard上的分布信息，每个分片存储哪些数据块，叫做分片的元数据，保存在config server上的数据库 config中，一般使用3台config server，所有config server中的config数据库必须完全相同。通过mongos能够直接访问数据库config，查看分片的元数据；mongo shell 提供 sh 辅助函数，能够安全地查看分片集群的元数据信息。

对任何一个shard进行查询，只会获取collection在当前分片上的数据子集，不是整个数据集。Application 只需要连接到mongos，对其进行的读写操作，mongos自动将读写请求路由到相应的shard（勤快学qkxue.net）。MongoDB通过mongos将分片的底层实现对Application透明，在Application看来，访问的是整个数据集。

一，主分片

在分片集群中，不是每个集合都会分布式存储，只有使用sh.shardCollection()显式将collection分片后，该集合才会分布式存储在不同的shard中。对于非分片集合（un-sharded collection），其数据只会存储在主分片（Primary shard）中，默认情况下，主分片是指数据库最初创建的shard，用于存储该数据库中非分片集合的数据。每个数据库都有一个主分片。

Each database in a sharded cluster has a primary shard that holds all the un-sharded collections for that database. Each database has its own primary shard. 

例如，一个分片集群有三个分片：shard1，shard2，shard3，在分片shard1创建一个数据库blog。如果将数据库bolg分片，那么MongoDB会自动在shard2，shard3上创建一个结构相同的数据库blog，数据库blog的Primary Shard是Shard1。

图示，Collection2的主分片是ShardA。

使用 movePrimary命令变更数据库默认的Primary shard，非分片集合将会从当前shard移动到新的主分片。

db.runCommand( { movePrimary : "test", to : "shard0001" } )

在使用movePrimary命令变更数据库的主分片之后，config server中的配置信息是最新的，mongos缓存的配置信息变得过时了。MongoDB提供命令：flushRouterConfig 强制mongos从config server获取最新的配置信息，刷新mongos的缓存。

db.adminCommand({"flushRouterConfig":1})

二，分片的元数据

不要直接到config server上查看分片集群的元数据信息，这些数据非常重要，安全的方式是通过mongos连接到config数据查看，或者使用sh辅助函数查看。

使用sh辅助函数查看

sh.status()

连接到mongos查看config数据库中的集合 

mongos> use config

1，shards 集合保存分片信息

db.shards.find()

shard的数据存储在host指定的 replica set 或 standalone mongod中。

{    "_id" : "shard_name",    "host" : "replica_set_name/host:port",    "tag":[shard_tag1,shard_tag2]  }

2，databases集合保存分片集群中所有数据库的信息，不管数据库是否分片

db.databases.find()

如果在数据库上执行sh.enableSharding("db_name")，那么字段partitioned字段值就是true；primary 字段指定数据库的主分片（primary shard）。

{    "_id" : "test",    "primary" : "rs0",    "partitioned" : true}

3，collections集合保存所有已分片集合的信息，不包括非分片集合（un-sharded collections）

key是：分片的片键

db.collections.find(){    "_id" : "test.foo",    "lastmodEpoch" : ObjectId("57dcd4899bd7f7111ec15f16"),    "lastmod" : ISODate("1970-02-19T17:02:47.296Z"),    "dropped" : false,    "key" : {        "_id" : 1    },    "unique" : true}

4，chunks 集合保存数据块信息，

ns：分片的集合，结构是：db_name.collection_name

min 和 max： 片键的最小值和最大值

shard：块所在的分片 

db.chunks.find(){    "_id" : "test.foo-_id_MinKey",    "lastmod" : Timestamp(1, 1),    "lastmodEpoch" : ObjectId("57dcd4899bd7f7111ec15f16"),    "ns" : "test.foo",    "min" : {        "_id" : 1    },    "max" : {        "_id" : 3087    },    "shard" : "rs0"}

5，changelog集合记录分片集群的操作，包括chunk的拆分和迁移操作，Shard的增加或删除操作

what 字段：表示操作的类型，例如：multi-split表示chunk的拆分，

"what" : "addShard","what" : "shardCollection.start","what" : "shardCollection.end", "what" : "multi-split",

6，tags 记录shard的tag和对应的片键范围

{    "_id" : { "ns" : "records.users", "min" : { "zipcode" : "10001" } },    "ns" : "records.users",    "min" : { "zipcode" : "10001" },    "max" : { "zipcode" : "10281" },    "tag" : "NYC"}

7，settings 集合记录均衡器状态和chunk的大小，默认的chunk size是64MB。

{ "_id" : "chunksize", "value" : 64 }

{ "_id" : "balancer", "stopped" : false }

8，locks 集合记录分布锁（distributed lock），保证只有一个mongos 实例能够在分片集群中执行管理任务。

mongos在担任balancer时，会获取一个分布锁，并向config.locks中插入一条doc。

稿源：勤快学QKXue.NET

阅读完整版MongoDB 分片管理

MongoDB 分片管理