如何管理MongoDB的均衡器Balancer - ApsaraDB for MongoDB

功能簡介

均衡器Balancer用於均衡分區叢集執行個體中各Shard節點中的資料，不同版本的MongoDB執行個體工作原理存在區別：

MongoDB 5.0及以前版本：

Balancer會監控分區叢集執行個體中各個Shard節點上的Chunk（塊）數量，當某個Shard節點上的Chunk數量達到遷移閾值時，Balancer會對Shard節點上的Chunk進行遷移（moveChunk），盡量保證每個Shard節點上的Chunk數量相同。不同版本的遷移閾值存在差異，具體資訊如下。

資料庫版本	遷移閾值
MongoDB 3.2（已停售）	Chunk總數＜20，遷移閾值為2。 20≤Chunk總數≤80，遷移閾值為4。 80≤Chunk總數，遷移閾值為8。
MongoDB 3.4（已停售） MongoDB 4.0	預設遷移閾值為2。如果Chunk總數小於20個，或者上次遷移的Chunk數量小於20個，遷移閾值為1。
MongoDB 4.2 MongoDB 4.4 MongoDB 5.0	遷移閾值為1。

MongoDB 6.0 及以後版本：

由於Jumbo Chunk的存在，根據Chunk數量均衡資料可能會出現各Shard節點上Chunk數量相同，但是磁碟空間使用大小卻不同的情況。為解決上述問題，自ApsaraDB for MongoDB6.0版本起，Balancer變為監控分區叢集執行個體中各個Shard節點上同一集合的資料大小情況，當集合在各Shard節點上的資料大小差異超過384 MB時（三倍的Chunk Size），Balancer會根據Shard Tag分割資料再遷移（moveRange）至其他Shard節點。

如果您需要判斷資料是否均衡，可以通過getShardDistribution()命令查看集合的資料分布情況，無需再關注Chunk這個邏輯概念，只需專註於集合資料大小即可。

說明
升級到6.0版本（小版本7.0.1及以上）或更高版本後，您可能會發現通過sh.status()查看到各Shard上的Chunk數量不再均衡，甚至合并為1個，這是新版本Balancer的正常行為。詳情請參見升級MongoDB執行個體後，各分區Chunks數量不均衡。

注意事項

僅分區叢集執行個體支援Balancer功能。
Balancer預設處於開啟狀態。如未開啟，請參見開啟Balancer功能。
Balancer的使用中視窗期預設為全天，當Balancer執行塊遷移時，可能會影響資料庫效能。為避免塊遷移給您的業務帶來影響，建議您將Balancer的使用中視窗期修改為業務低峰期。設定使用中視窗期的方法，請參見設定Balancer的使用中視窗。
本文的樣本均通過Mongo Shell進行操作，其他用戶端工具管理Balancer的方法以及返回資訊可能與本文樣本存在差異。

設定Balancer的使用中視窗

通過Mongo Shell串連MongoDB分區叢集執行個體。
在mongos節點命令視窗中，切換至config資料庫。
```
use config
```
執行如下命令設定Balancer的使用中視窗。
```
db.settings.update(
   { _id: "balancer" },
   { $set: { activeWindow : { start : "<start-time>", stop : "<stop-time>" } } },
   { upsert: true }
)
```
說明
- <start-time>：開始時間，時間格式為HH:MM（執行個體所在地區的當地時間），HH取值範圍為00~23，MM取值範圍為00~59。
- <stop-time>：結束時間，時間格式為HH:MM（執行個體所在地區的當地時間），HH取值範圍為00~23，MM取值範圍為00~59。
例如，您需要將Balancer活躍視窗期修改為每天淩晨的1點到3點，樣本如下：
```
db.settings.update(
   { _id: "balancer" },
   { $set: { activeWindow : { start : "01:00", stop : "03:00" } } },
   { upsert: true }
)
```
設定成功後，您可以執行sh.status()命令查看Balancer的使用中視窗。返回樣本如下。

相關操作：如您需要Balancer始終處於運行狀態，您可以執行如下命令去除使用中視窗的設定。

db.settings.update({ _id : "balancer" }, { $unset : { activeWindow : true } })

開啟Balancer功能

如果您設定了資料分區，開啟Balancer功能後可能會立即觸發均衡任務。這將佔用執行個體的資源，請在業務低峰期執行該操作。

通過Mongo Shell串連MongoDB分區叢集執行個體。
在mongos節點命令視窗中，切換至config資料庫。
```
use config
```
執行如下命令開啟Balancer功能。
```
sh.setBalancerState(true)
```

關閉Balancer功能

均衡器Balancer預設處於開啟狀態。如果需臨時關閉，請參見以下步驟進行操作。

說明

關閉Balancer功能後，Balancer將不會再均衡各Shard節點中的資料，可能會導致資料扭曲。

通過Mongo Shell串連MongoDB分區叢集執行個體。
在mongos節點命令視窗中，切換至config資料庫。
```
use config
```
執行sh.isBalancerRunning()命令查看Balancer運行狀態。
sh.isBalancerRunning()命令會依據Mongo Shell用戶端的版本返回不同的結果，返回結果目前有布爾值和Map兩種：
- 布爾值
  - 傳回值為false，表示Balancer沒有處於執行任務的狀態，此時可執行關閉Balancer操作。
  - 傳回值為true，表示Balancer正在執行塊遷移，此時不能執行關閉Balancer的命令，否則可能引起資料不一致。
- Map
```
{
  mode: 'full',
  inBalancerRound: false,
  numBalancerRounds: Long("1143"),
  ok: 1,
  '$clusterTime': {
     clusterTime: Timestamp({ t: 1639753724, i: 3 }),
     signature: {
        hash: Binary(Buffer.from("0000000000000000000000000000000000000000", "hex"), 0),
        keyId: Long("0")
     }
  },
  operationTime: Timestamp({ t: 1639753724, i: 3 })
}
```
  - 如果inBalancerRound為false，表示Balancer沒有處於執行任務的狀態，此時可執行關閉Balancer操作。
  - 如果inBalancerRound為true，表示Balancer正在執行塊遷移，此時不能執行關閉Balancer的命令，否則可能引起資料不一致。
更多關於sh.isBalancerRunning()的介紹，請參見sh.isBalancerRunning()。
確認執行第3步的命令後返回的值為空白，可執行關閉Balancer命令。
```
sh.stopBalancer()
```

常見問題

開啟均衡器 Balancer 後產生孤兒文檔是否正常及如何處理

開啟均衡器 Balancer 後出現孤兒文檔，通常是因為 Chunk 遷移中斷、復原，或者分區鍵分布異常，導致 moveChunk 操作殘留資料。

Balancer 頻繁遷移 Chunk 期間，孤兒文檔數量短暫波動屬於正常現象。只要 Chunk 遷移結束後孤兒文檔數量最終降為 0，且孤兒文檔並非長期持續存在，通常無需擔心。

當集合間的資料量差異超過預設閾值（例如 200 多 MB）時，會自動觸發均衡。該均衡過程中可能短暫產生孤兒文檔。

如果孤兒文檔長期存在，請按以下順序排查和處理：

檢查 Balancer 日誌，確認是否存在 Chunk 遷移異常。
檢查分區鍵是否合理，確保資料分布均勻。
確認 Chunk 遷移完成後，執行 cleanupOrphaned 命令清理孤兒文檔。