一、实验目的
1、了解Docker；
2、了解MongoDB数据库；
3、掌握基于Docker部署MongoDB数据库服务；
4、掌握基于Docker实现MongoDB数据库集群；
5、掌握使用MongoDB Compass管理MongoDB数据库集群。
二、实验学时
2学时
三、实验类型
综合性
实验需求
1、硬件
每个人配备计算机1台。
2、软件
安装VMware WorkStation Pro或Oracle VM VirtualBox软件，安装Mobaxterm软件。
3、网络
本地主机与虚拟机能够访问互联网，虚拟机网络不使用DHCP服务。
Docker能够同步访问网络。
4、工具
无。
五、实验任务
1、完成MongoDB数据库的安装；
2、完成MongoDB数据库集群的部署；
3、完成使用MongoDB Compass管理MongoDB数据库集群。
六、实验环境
1、本实验需要VM 1台。
2、本实验VM配置信息如下表所示。
| 虚拟机配置 | 操作系统配置 |
|---|---|
| 虚拟机名称：VM-Lab-05-Task-01-172.31.0.51内存：4GBCPU：4颗，1核心虚拟磁盘：100GB网卡：1块 | 主机名：Lab-05-Task-01IP地址：172.31.0.51子网掩码：255.255.255.0网关：172.31.0.254DNS：172.31.0.254 |
3、本实验拓扑图。
无。
4、本实验操作演示视频。
本实验操作演示视频为视频集的第5集：www.bilibili.com/video/BV1b1…
七、实验内容步骤
1、安装Docker
（1）使用VMware WorkStation Pro创建实验所需虚拟机，并完成openEuler操作系统安装与基本配置（配置网络、开启远程连接），具体操作步骤请参考《实验01：安装与基本配置》。
（2）配置防火墙策略。
# 查看防火墙Firewalld服务状态
[root@Lab-05-Task-01 ~]# systemctl status firewalld
# 添加本地客户端允许远程连接MongoDB数据库
# mongo1数据库通过27017/tcp 连接
[root@Lab-05-Task-01 ~]# firewall-cmd --zone=public --add-port=27017/tcp --permanent
# mongo2数据库通过27018/tcp 连接
[root@Lab-05-Task-01 ~]# firewall-cmd --zone=public --add-port=27018/tcp --permanent
# mongo3数据库通过27019/tcp 连接
[root@Lab-05-Task-01 ~]# firewall-cmd --zone=public --add-port=27019/tcp --permanent
# 重新载入防火墙配置使其生效
[root@Lab-05-Task-01 ~]# firewall-cmd --reload
[root@Lab-05-Task-01 ~]# firewall-cmd --list-all
🔔提醒：
openEuler操作系统默认安装Firewalld防火墙，并创建firewalld服务，该服务已开启且已配置为开机自启动。
（3）安装Docker服务。
# 安装dokcer
[root@Lab-05-Task-01 ~]# yum install -y docker
# 查看Docker版本信息
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker --version
（4）开启Docker服务并设置服务开机自启。
# 启动docker服务
[root@Lab-05-Task-01 ~]# systemctl start docker
# 设置docker服务为开机自启动
[root@Lab-05-Task-01 ~]# systemctl enable docker
# 查看docker服务状态
[root@Lab-05-Task-01 ~]# systemctl status docker
2、安装MongoDB数据库
（1）使用docker pull命令拉取MongoDB镜像。
# 拉取MongoDB镜像
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker pull mongo
（2）使用docker run命令创建3个MongoDB容器。
# 创建并启动第1个MongoDB容器，将容器27017端口映射到宿主机的27017端口
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker run -d --name mongo1 -v /usr/local/mongodb/datadb1:/data/db -v /usr/local/mongodb/key:/data/key -v /etc/localtime:/etc/localtime -p 27017:27017 mongo --replSet mongodb-cluster
# 创建并启动第2个MongoDB容器，将容器27017端口映射到宿主机的27018端口
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker run -d --name mongo2 -v /usr/local/mongodb/datadb2:/data/db -v /usr/local/mongodb/key:/data/key -v /etc/localtime:/etc/localtime -p 27018:27017 mongo --replSet mongodb-cluster
# 创建并启动第2个MongoDB容器，将容器27017端口映射到宿主机的27019端口
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker run -d --name mongo3 -v /usr/local/mongodb/datadb3:/data/db -v /usr/local/mongodb/key:/data/key -v /etc/localtime:/etc/localtime -p 27019:27017 mongo --replSet mongodb-cluster
#查看容器是否创建
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
0d35ccb3c547 mongo "docker-entrypoint.s…" 7 seconds ago Up 6 seconds 0.0.0.0:27019->27017/tcp mongo3
54d66763668b mongo "docker-entrypoint.s…" 12 seconds ago Up 11 seconds 0.0.0.0:27018->27017/tcp mongo2
632602ef0fa1 mongo "docker-entrypoint.s…" 21 seconds ago Up 20 seconds 0.0.0.0:27017->27017/tcp mongo1
🔔提醒：
若初次拉取mongo镜像失败，出现错误：
error pulling image configuration: Get "production.cloudflare.docker.com/registry-v2… 768e78f2af331869e91d13443f691080d3b93e8009a53391eeaa/data?verify=1721361822-bxHi6ad80PXuX8pRRws7gQDXVYU%3D": dial tcp 168.143.171.189:443: c onnect: connection refused
需配置Docker Hub镜像加速器，Docker 官方和国内很多云服务商都提供了国内加速器服务，具体参考配置如下：
①创建或修改 /etc/docker/daemon.json，添加或修改内容：
{ "data-root": "/data/dockerData", "registry-mirrors": [ "https://registry.docker-cn.com", "http://hub-mirror.c.163.com", "https://dockerhub.azk8s.cn", "https://mirror.ccs.tencentyun.com", "https://registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com", "https://docker.mirrors.ustc.edu.cn", "https://docker.m.daocloud.io", "https://noohub.ru", "https://huecker.io", "https://dockerhub.timeweb.cloud" ] }②保存重载Docker配置，重启Docker服务
systemctl daemon-reload systemctl restart docker③配置完成后，重新执行拉取镜像命令即可继续实验。
3、生成副本集密钥
进入到“/usr/local/mongodb/key”目录下，生成MongoDB的副本集密钥。
[root@Lab-05-Task-01 ~]# cd /usr/local/mongodb/key
[root@Lab-05-Task-01 key]# openssl rand -base64 756 > mongodb.key
4、在容器mongo1内配置副本集
（1）使用docker exec命令进入到容器名为“mongo1”的容器内部，并在容器内部安装vim编辑器。
# 进入到容器名为“mongo1”的容器内部
[root@Lab-05-Task-01 key]# docker exec -it mongo1 bash
# 安装vim编辑器
root@50080eb44de2:/# apt-get update
root@50080eb44de2:/# apt-get install -y vim
（2）在容器名为“mongo1”的容器内部修改mongdb数据库配置文件。
root@50080eb44de2:/# cp /etc/mongod.conf.orig /etc/mongod.conf
# 使用vim命令编辑/etc/mongod.conf文件
root@50080eb44de2:/# vim /etc/mongod.conf
# --------------------/etc/mongod.conf文件--------------------
# 找到内容修改或添加
net:
port: 27017
bindIp: 0.0.0.0
security:
keyFile: /data/key/mongodb.key
replication:
replSetName: "mongodb-cluster"
# --------------------/etc/mongod.conf文件--------------------
（3）退出当前容器，使用docker restart重启容器名为“mongo1”的docker容器，确保配置生效。
# exit命令退出当前容器
root@50080eb44de2:/# exit
# 重启mongo1容器
[root@Lab-05-Task-01 key]# docker restart mongo1
5、在容器mongo2内配置副本集
（1）使用docker exec命令进入到容器名为“mongo2”的容器内部，并在容器内部安装vim编辑器。
# 进入到容器名为“mongo2”的容器内部
[root@Lab-05-Task-01 key]# docker exec -it mongo2 bash
# 安装vim编辑器
root@9710b49a6a41:/# apt-get update
root@9710b49a6a41:/# apt-get install -y vim
（2）在容器名为“mongo2”的容器内部修改mongdb数据库配置文件。
root@9710b49a6a41:/# cp /etc/mongod.conf.orig /etc/mongod.conf
# 使用vim命令编辑/etc/mongod.conf文件
root@9710b49a6a41:/# vim /etc/mongod.conf
# --------------------/etc/mongod.conf文件--------------------
# 找到内容修改或添加
net:
port: 27017
bindIp: 0.0.0.0
security:
keyFile: /data/key/mongodb.key
replication:
replSetName: "mongodb-cluster"
# --------------------/etc/mongod.conf文件--------------------
（3）退出当前容器，使用docker restart重启容器名为“mongo2”的docker容器，确保配置生效。
# exit命令退出当前容器
root@9710b49a6a41:/# exit
# 重启mongo2容器
[root@Lab-05-Task-01 key]# docker restart mongo2
6、在容器mongo3内配置副本集
（1）使用docker exec命令进入到容器名为“mongo3”的容器内部，并在容器内部安装vim编辑器。
# 进入到容器名为“mongo3”的容器内部
[root@Lab-05-Task-01 key]# docker exec -it mongo3 bash
# 安装vim编辑器
root@30cefbae3722:/# apt-get update
root@30cefbae3722:/# apt-get install -y vim
root@30cefbae3722:/# cp /etc/mongod.conf.orig /etc/mongod.conf
（2）在容器名为“mongo3”的容器内部修改mongdb数据库配置文件。
# 使用vim命令编辑/etc/mongod.conf文件
root@30cefbae3722:/# vim /etc/mongod.conf
# --------------------/etc/mongod.conf文件--------------------
# 找到内容修改或添加
net:
port: 27017
bindIp: 0.0.0.0
security:
keyFile: /data/key/mongodb.key
replication:
replSetName: "mongodb-cluster"
# --------------------/etc/mongod.conf文件--------------------
（3）退出当前容器，使用docker restart重启容器名为“mongo3”的docker容器，确保配置生效。
# exit命令退出当前容器
root@30cefbae3722:/# exit
# 重启mongo3容器
[root@Lab-05-Task-01 key]# docker restart mongo3
7、在容器mongo1内初始化副本集
（1）使用docker exec -it mongo1 mongosh命令连接到容器名为“mongo1”的MongoDB客户端，初始化副本集，查看副本集状态并退出当前连接。
# 使用docker exec -it mongo1 mongosh命令连接MongoDB客户端
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker exec -it mongo1 mongosh
# 初始化副本集
> rs.initiate( {
_id : "mongodb-cluster",
members: [
{ _id:0, priority:2, host:"172.31.0.51:27017"},
{ _id:1, host:"172.31.0.51:27018"},
{ _id:2, host:"172.31.0.51:27019"}
]
})
#查看副本集状态
mongodb-cluster [direct: other] test> rs.status()
# 退出当前连接(primary为主节点)
mongodb-cluster [direct: primary] test> quit()
（2）使用docker exec -it mongo1 mongosh命令连接MongoDB客户端，为副本集创建用户，并退出当前连接。
# 使用docker exec -it mongo1 mongosh命令连接MongoDB客户端
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker exec -it mongo1 mongosh
# 为副本集创建用户
mongodb-cluster [direct: primary] test> use admin
mongodb-cluster [direct: primary] admin> db.getSiblingDB("admin").createUser(
{
user: "mongodblab",
pwd: "mongodblab#PWD",
roles: [{role: "clusterAdmin",db: "admin"},"readWriteAnyDatabase"]
}
)
# 退出当前连接
mongodb-cluster [direct: primary] admin> quit()
🔔提醒
通过上述rs.status()命令查看副本集状态，mongo1（172.31.0.51:27017）为主节点，mongo2（172.31.0.51:27018）、mongo3（172.31.0.51:27019）为副本节点。
8、使用MongoDB Compass管理 MongoDB 数据库集群
（1）从MongoDB Compass的官方网站（www.mongodb.com）获取可执行程序。
（2）打开MongoDB Compass软件，填写数据库连接信息如：mongodb://172.31.0.51:27017，单击“connect”，依次完成3个数据库的连接，如图5-1、5-2所示。
（3）通过MongoDB Compass 监控查看3个MongoDB数据库的信息。
单击“Performance”，依次查看数据库的详细连接信息，具体监控参数本实验不再解释，可私下自主了解，监控数据如图5-3所示。
9、测试MongoDB副本集
9.1 测试方案
设计不同场景来测试MongoDB集群副本集。
场景 | 测试步骤 |
|---|---|
场景一 | 为主节点数据库添加数据，查看从节点数据库是否新增数据。 |
场景二 | 从主节点数据库删除数据，查看从节点数据库是否删除数据。 |
场景三 | 模拟主节点宕机，查看新主节点是否存在。 |
场景四 | 恢复原主节点，查看宕机期间未同步的数据是否已同步 |
9.2 测试步骤
（1）主节点增加数据，从节点同步增加。
使用MongoDB Compass通过用户“mongodblab”连接到主节点（172.31.0.51:27017）的MongoDB数据库
# 连接URL
mongodb://mongodblab:mongodblab%23PWD@172.31.0.51:27017
创建数据库“ceshi”和集合“test_collection”，如图5-4所示。
单击“ADD DATA”，选择“Insert Document”，添加默认数据（本实验不再具体解释数据添加过程，可私下自主学习），如图5-5所示。
添加完成，依次使用MongoDB Compass通过用户“mongodblab”连接到副本节点（172.31.0.51:27018 / 172.31.0.51:27019）的MongoDB数据库，查看在主节点上创建的数据库、集合以及添加的数据，是否存在。
（2）主节点删除数据，从节点同步删除。
参照上述步骤使用MongoDB Compass连接主节点数据库，选中需删除数据右侧的删除按钮，执行数据删除操作，如图5-6所示。
删除完成，依次使用MongoDB Compass通过用户“mongodblab”连接到副本节点（172.31.0.51:27018 / 172.31.0.51:27019）的MongoDB数据库，查看在主节点上删除的数据，是否在本节点已删除。
（3）主节点宕机，集群新选举主节点。
关闭主节点容器，模拟主节点宕机故障。
依次使用docker exec -it mongo2 mongosh命令连接副本节点（172.31.0.51:27018 / 172.31.0.51:27019）的MongoDB数据库客户端，查看当前主节点所在的容器
# 停止主节点对应容器
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker stop mongo1
# 连接MongoDB客户端
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker exec -it mongo2 mongosh
# 查看当前主节点所在的容器
mongodb-cluster [direct: secondary] test> rs.status()
（4）原主节点恢复正常，宕机期间的数据实现同步。
使用MongoDB Compass通过用户“mongodblab”连接到现主节点（172.31.0.51:27018），按照上述步骤添加1条数据。
启动原主节点对应容器，模拟原主节点（172.31.0.51:27017）恢复正常。
使用docker exec -it mongo1 mongosh命令连接原主节点，并查看副本集状态。
使用MongoDB Compass通过用户“mongodblab”连接到原主节点（172.31.0.51:27017），查看宕机期间未同步的数据是否已同步。
# 启动原主节点对应容器
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker start mongo1
# 连接MongoDB客户端
[root@Lab-05-Task-01 ~]# docker exec -it mongo1 mongosh
# 查看副本集状态
mongodb-cluster [direct: secondary] test> rs.status()
9.3 测试结果
| 场景 | 测试步骤 | 真实测试结果 |
|---|---|---|
| 场景一 | 为主节点数据库添加数据，查看从节点数据库是否新增数据。 | 从节点实现数据同步增加 |
| 场景二 | 从主节点数据库删除数据，查看从节点数据库是否删除数据。 | 从节点实现数据同步删除 |
| 场景三 | 模拟主节点宕机，查看新主节点是否存在。 | 集群重新选取主节点 |
| 场景四 | 恢复原主节点，查看宕机期间未同步的数据是否已同步。 | 数据已同步 |
八、实验考核
实验考核分为【实验随堂查】和【实验线上考】两个部分。
实验随堂查：每个实验设置5个考核点。完成实验任务后，按照考核点要求，学生提交实验成果的截图或录屏视频。通过线上考核平台（如课堂派）进行作答。依据提交成果进行评分。
实验线上考：每个实验设置5道客观题。通过线上考核平台（如课堂派）进行作答。系统自动评分。
1、实验随堂查
本实验随堂查设置提交实验成果-5个截图/视频，具体如下：
题目1[文件题]：提交成功创建3个MongoDB容器后，使用“docker ps”查看容器运行列表的截图；
题目2[文件题]：提交成功生成副本集密钥的截图；
题目3[文件题]：提交在容器mongo1内完成初始化副本集后查看副本集状态的截图；
题目4[文件题]：提交使用MongoDB Compass成功连接三个MongoDB 数据库的截图；
题目5[文件题]：提交进行“9.2、测试步骤”的录屏视频；
2、实验线上考
本实验线上考共5题。
