前言
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。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。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" } )
</div>
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})
</div>
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()</div>
连接到mongos查看config数据库中的集合
mongos> use config</div>
1，shards 集合保存分片信息
db.shards.find()</div>
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]
}
</div>
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()</div>
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
}
</div>
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
}
</div>
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"
}
</div>
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",</div>
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"
}
</div>
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 }
</div>
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。
The locks collection stores a distributed lock. This ensures that only one mongos instance can perform administrative tasks on the cluster at once. The mongos acting as balancer takes a lock by inserting a document resembling the following into the locks collection.
{
"_id" : "balancer",
"process" : "example.net:40000:1350402818:16807",
"state" : 2,
"ts" : ObjectId("507daeedf40e1879df62e5f3"),
"when" : ISODate("2012-10-16T19:01:01.593Z"),
"who" : "example.net:40000:1350402818:16807:Balancer:282475249",
"why" : "doing balance round"
}
</div>
三，删除分片
删除分片时，必须确保该分片上的数据被移动到其他分片中，对于以分片的集合，使用均衡器来迁移数据块，对于非分片的集合，必须修改集合的主分片。
1，删除已分片的集合数据
step1，保证均衡器是开启的
sh.setBalancerState(true);</div>
step2，将已分片的集合全部迁移到其他分片
use admin
db.adminCommand({"removeShard":"shard_name"})
</div>
removeShard命令会将数据块从当前分片上迁移到其他分片上去，如果分片上的数据块比较多，迁移过程可能耗时很长。
step3，检查数据块迁移的状态
use admin
db.runCommand( { removeShard: "shard_name" }