1. 概述
随着大数据时代的到来，数据储存需求呈现爆发式增长。在此背景下，传统关系型数据库已经不能满足大规模数据的存储和处理需求。分布式数据库应运而生，其中MongoDB是一种非常流行的文档型分布式数据储存解决方案。本文将简单介绍MongoDB的基本概念和使用，并详细阐述如何利用MongoDB实现分布式存储。
2. MongoDB介绍
2.1 MongoDB基本概念
1. 集合（Collection）是MongoDB中的基本概念，类似于关系型数据库中的表。集合可以看做是一组文档，文档是MongoDB中的另一个概念，用来存放数据。
2. 文档（Document）是MongoDB中的一个记录，可以是任意形式的JSON文档，是集合的基本单位。文档的结构十分灵活，不需要像关系型数据库一样预先定义文档的结构，可以动态添加或删除字段，这为数据处理和存储带来了很大的便利。
3. 数据库（Database）是MongoDB中的最高级别概念，可以包含多个集合；集合是数据库中逻辑分组，类似于关系型数据库中的schema。
2.2 MongoDB使用
利用Python进行MongoDB的使用十分方便，可以使用PyMongo这个Python的.MongoDB驱动程序库。
import pymongo
# 连接本地MongoDB数据库
client = pymongo.MongoClient('localhost', 27017)
# 获取所连接的数据库
db = client.test
# 获取集合
collection = db.students
# 插入一条数据
student = {
'id': '20170101',
'name': 'Jordan',
'age': 20,
'gender': 'male'
}
result = collection.insert_one(student)
print(result)
3. MongoDB分布式存储
3.1 MongoDB分片集群
MongoDB分片集群主要用于解决单节点数据库无法满足海量数据存储和高性能数据访问的问题。它可将一个所有分片的集群称为分片集群。分片集群实现了自动分配集合数据到多个分片上，同时也支持数据自动迁移和数据平衡。
下面是分片集群的基本工作原理：
将分片集合组织成一个数据片段。
将数据片段分成多个块，每个块都可以单独分配到一个Mongo分片。
在MongoDB路由器中，保存每个分片的地址范围及其他元数据。
将应用程序的数据请求分给MongoDB路由器。路由器利用保存在元数据中的关键字信息，将查询传递到相应分片中。
每个分片返回它的部分结果，MongoDB路由器将结果整合后，返回给应用程序。
3.2 分片键的选择
分片键的选择是保证分片集群高效运行的关键。根据分片键的选择对分片的数据均匀性、负载均衡效果等方面具有很大的影响。
下面是选择分片键的几个准则：
选择被大部分查询用到的属性作为分片键。
避免使用高基数的数据类型（如字符串等），因为这容易导致分片集群出现数据过度倾斜的情况。
设置复合分片键，即将多个属性的组合作为分片键。
在选择分片键时，要综合考虑读写性能、查询使用率和数据均衡等问题。
3.3 分片节点的部署
根据MongoDB官方文档，建议每个MongoDB分片最好包括以下配置：
64位系统
至少8核心CPU
至少64 GB的RAM
尽可能快的内存存储和网络存储技术
3.4 实现MongoDB分布式存储
MongoDB提供了非常丰富的分布式存储解决方案。以下是一些基本步骤：
安装MongoDB数据库管理工具（mongod，mongo等）。
创建多个数据节点，每个节点分别运行mongod节点程序。
在每个数据节点上创建一个rs.conf文件，用于定义要在节点上运行的复制集设置，如下所示：
{
"_id" : "rs1",
"members" : [
{
"_id" : 0,
"host" : "localhost:27017",
"priority" : 1
},
{
"_id" : 1,
"host" : "localhost:27018",
"priority" : 0.5
},
{
"_id" : 2,
"host" : "localhost:27019",
"priority" : 0.5
}
]
}
在所有节点上执行rs.initiate()命令创建复制集模式。
在一个节点上运行mongos节点程序，并使用以下命令连接到您的MongoDB分片集群：
mongos --configdb configServer01:27017,configServer02:27017,configServer03:27017
在mongos节点上执行sh.addShard() 命令将每个mongod实例添加为MongoDb分片。如果系统中包含多个mongod实例，则重复此步骤。
在mongos节点上执行sh.enableSharding() 命令实现MongoDB分片。
在mongos命令行上实现数据分片，可以通过执行sh.shardCollection()命令分配每个集合的新块。也可以使用MongoDB分片键控制分布式数据的存储和管理，以减轻分布式系统管理的压力。
4. 总结
本文内容主要包括MongoDB介绍、MongoDB分布式存储实现的相关内容，包括分片集群、选择分片键，分片节点的部署等。MongoDB提供了强大的分布式存储解决方案，可以帮助用户有效存储和管理海量数据。