一、主从复制（Master-Slave）
主从复制是MongoDB最常用的复制方式,也是一个简单的数据库同步备份的集群技术,这种方式很灵活.可用于备份,故障恢复,读扩展等. 最基本的设置方式就是建立一个主节点和一个或多个从节点,每个从节点要知道主节点的地址。采用双机备份后主节点挂掉了后从节点可以接替主机继续服务。所以这种模式比单节点的高可用性要好很多。
配置主从复制的注意点
1）在数据库集群中要明确的知道谁是主服务器,主服务器只有一台.
2）从服务器要知道自己的数据源也就是对应的主服务是谁.
3）–master用来确定主服务器,–slave 和 --source 来控制从服务器
二、副本集（Replica Set）
副本集具有自动故障恢复的功能。
主从集群和副本集最大的区别就是副本集没有固定的“主节点”；整个集群会选出一个“主节点”，当其挂掉后，又在剩下的从节点中选中其他节点为“主节点”，副本集总有一个活跃点(primary)和一个或多个备份节点(secondary)。
通俗的说，副本集就是集群，主从复制，读写分离，故障切换。
副本集是Mongodb原来的主从模式的升级版本，官方已经不再推荐使用主从模式。
MongoDB的副本集与主从有所不同，主从在主机宕机后所有服务将停止，而副本集在主机宕机后，副本会接管主节点成为主节点，不会出现宕机的情况。
mongodb的复制至少需要两个节点。其中一个是主节点，负责处理客户端请求，其余的都是从节点，负责复制主节点上的数据。
主节点记录在其上的所有操作oplog，从节点定期轮询主节点获取这些操作，然后对自己的数据副本执行这些操作，从而保证从节点的数据与主节点一致。
MongoDB复制结构图如下所示：
Ps：这张图中读写都是从主节点，其实可以设置读操作走从节点，但是写入操作只能是在主节点上。
心跳检测：
整个集群需要保持一定的通信才能知道哪些节点活着哪些节点挂掉。mongodb节点会向副本集中的其他节点每两秒就会发送一次pings包，如果其他节点在10秒钟之内没有返回就标示为不能访问。每个节点内部都会维护一个状态映射表，表明当前每个节点是什么角色、日志时间戳等关键信息。如果是主节点，除了维护映射表外还需要检查自己能否和集群中内大部分节点通讯，如果不能则把自己降级为secondary只读节点。
数据同步
副本集同步分为初始化同步和keep复制。初始化同步指全量从主节点同步数据，如果主节点数据量比较大同步时间会比较长。而keep复制指初始化同步过后，节点之间的实时同步一般是增量同步。初始化同步不只是在第一次才会被触发，有以下两种情况会触发：
1）secondary第一次加入，这个是肯定的。
2）secondary落后的数据量超过了oplog的大小，这样也会被全量复制。
客户端连接
客户端连接到副本集后，不关心具体哪一台机器是否挂掉。主服务器负责整个副本集的读写，副本集定期同步数据备份。一旦主节点挂掉，副本节点就会选举一个新的主服务器。这一切对于应用服务器不需要关心。
副本集包括三种节点:主节点、从节点、仲裁节点。
1）主节点负责处理客户端请求,读、写数据, 记录在其上所有操作的 oplog;
2）从节点定期轮询主节点获取这些操作,然后对自己的数据副本执行这些操作,从而保证从节点的数据与主节点一致。默认情况下,从节点不支持外部读取,但可以设置;副本集的机制在于主节点出现故障的时候,余下的节点会选举出一个新的主节点,从而保证系统可以正常运行。
3）仲裁节点不复制数据,仅参与投票。由于它没有访问的压力,比较空闲,因此不容易出故障。由于副本集出现故障的时候,存活的节点必须大于副本集节点总数的一半,否则无法选举主节点,或者主节点会自动降级为从节点,整个副本集变为只读。因此,增加一个不容易出故障的仲裁节点,可以增加有效选票,降低整个副本集不可用的风险。仲裁节点可多于一个。也就是说只参与投票，不接收复制的数据，也不能成为活跃节点。
副本集特征：
● N 个节点的集群
● 任何节点可作为主节点
● 所有写入操作都在主节点上
● 自动故障转移
● 自动恢复
三、分片集群（sharding cluster）
分片是指将数据拆分，将其分散存在不同的机器上的过程。有时也用分区(partitioning)来表示这个概念。将数据分散到不同的机器上，不需要功能强大的大型计算机就可以储存更多的数据，处理更多的负载。
MongoDB分片的基本思想就是将集合切分成小块。这些块分散到若干片里面，每个片只负责总数据的一部分。应用程序不必知道哪片对应哪些数据，甚至不需要知道数据已经被拆分了，所以在分片之前要运行一个路由进程，该进程名为mongos。这个路由器知道所有数据的存放位置，所以应用可以连接它来正常发送请求。对应用来说，它仅知道连接了一个普通的mongod。路由器知道数据和片的对应关系，能够转发请求道正确的片上。如果请求有了回应，路由器将其收集起来回送给应用。
设置分片时，需要从集合里面选一个键，用该键的值作为数据拆分的依据。这个键称为片键(shard key)。
用个例子来说明这个过程：假设有个文档集合表示的是people。如果选择名字(“name”)作为片键，第一片可能会存放名字以A-F开头的文档，第二片存的G-P的名字，第三片存的Q~Z的名字。随着添加或者删除片，MongoDB会重新平衡数据，使每片的流量都比较均衡，数据量也在合理范围内。
使用场景：
1）机器的磁盘不够用了。使用分片解决磁盘空间的问题。
2）单个mongod已经不能满足写数据的性能要求。通过分片让写压力分散到各个分片上面,使用分片服务器自身的资源。
3）想把大量数据放到内存里提高性能。和上面一样,通过分片使用分片服务器自身的资源。
