2026-03-06

MongoDB Cluster

MongoDB
- JSON
- Làm quen với MongoDB
Replica Set
Sharded clusters

MongoDB

MongoDB là một cơ sở dữ liệu mã nguồn mở và là cơ sở dữ liệu NoSQL

Vậy NoSQL là gì?

NoSQL là 1 dạng CSDL mã nguồn mở và được viết tắt bởi None-relational SQL.
NoSQL được phát triển trên js framework với kiểu dữ liệu là JSON và dạng dữ liệu theo kiểu key và value
NoSQL ra đời như là một mảnh vá cho những khuyết điểm và thiếu sót cũng như hạn chế của mô hình dữ liệu quan hệ RDBMS về tốc độ, tính năng, khả năng mở rộng
NoSQL có thể dễ dàng mở rộng dữ liệu mà không lo tới những vấn đề như tạo khóa ngoại, khóa chính, kiểm tra ràng buộc .v.v…
NoSQL bỏ qua tính toàn vẹn của dữ liệu và transaction để đối lấy hiệu suất nhanh và khả năng mở rộng.

Vì MongoDB là cơ sở dữ liệu NoSQL nên nó cũng là một cơ sở dữ liệu hướng tài liệu (document), các dữ liệu được lưu trữ trong document theo kiểu JSON thay vì dạng bảng như CSDL quan hệ nên tốc độ truy vấn sẽ nhanh.

Một số đặc tính nổi bật của MongoDB:

Cấu trúc dữ liệu linh hoạt, không ràng buộc cứng các field dữ liệu từ đầu
Dễ dàng mở rộng theo chiều ngang
Hỗ trợ query nhanh vì đã lược bỏ bớt các mối quan hệ ràng buộc cũng như cơ chế caching
Hỗ trợ bộ index xử lí đa dạng cho các nhau cầu khác nhau.

Tiếp theo ta sẽ tìm hiểu cách triển khai MongoDB bằng Docker.

Image chính thức của MongoDB trên Docker Hub là mongo

Tải bản mới nhất:

docker pull mongo:latest

Chạy MongoDB container

sudo docker run -d --name mongodb -p 27017:27017 mongo:latest

Kiểm tra xem container có đang chạy không bằng:

sudo docker ps

❯ sudo docker ps
CONTAINER ID   IMAGE          COMMAND                  CREATED          STATUS          PORTS                                             NAMES
cde338c2600a   mongo:latest   "docker-entrypoint.s…"   21 seconds ago   Up 20 seconds   0.0.0.0:27017->27017/tcp, [::]:27017->27017/tcp   mongodb

Xem chi tiết hơn tại đây

Phần này mình chỉ demo một số tính năng của Docker nên sẽ pull latest image, nhưng trên thực tế thì nên chọn một phiên bản cố định để thống nhất môi trường phát triển và hơn nữa là có document đầy đủ để tiện theo dõi hơn.

Vào mongosh bên trong mongodb container:

sudo docker exec -it mongodb mongosh

Kiểm tra thử bằng lệnh:

test> db.version()
8.2.5
test> 

Một số thuật ngữ trong MongoDB:

Document: Một bản ghi thuộc một collection được gọi là một document. Các document lần lượt bao gồm các trường tên và giá trị.
_id: là trường bắt buộc có trong mỗi document. Trường _id đại diện cho một giá trị duy nhất trong document MongoDB. Trường _id có thể được hiểu như là khóa chính trong document, còn document có thể được xem như là một hàng trong bảng của CSDL quan hệ.
Collection: là nhóm của nhiều document trong MongoDB. Collection có thể được hiểu là một abrng tương ứng trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Collection nằm trong một cơ sở dữ liệu duy nhất. Các collection không phải định nghĩa các cột, các hàng hay kiểu dữ liệu trước.
Cursor: là một con trỏ đến tập kết quả của một truy vấn. Máy khác có thể lặp qua một con trỏ để lấy kết quả

Ví dụ khi ta chạy:

db.users.find()

thì kết quả trả về sẽ là một con trỏ đến tập kết quả của truy vấn này. Ta có thể lặp qua con trỏ này để lấy từng document trong tập kết quả. Vì sao lại cần có cursor? Giả sử trong trường hợp collection có tới 10 triệu document thì việc MongoDB trả 1 lần toàn bộ 10 triệu records sẽ khiến RAM quá tả.

Database: nơi chứa các collection, giống với CSDL RDMS chúng chứa các bảng. Mỗi DB có một tập tin riêng lưu trữ trên bộ nhớ vật lí. Một máy chủ MongoDB có thể chứa nhiều DB.
Field: là một cặp name-value trong một document. Một document có thể có không hoặc nhiều trường. Các trường giống các cột ở cơ sở dữ liệu quan hệ.
JSON: Là viết tắt của JS Object Notation.
Index: là một CTDL đặ cbiệt giúp tăng tốc độ truy vấn bằng cách cho phép MongoDB tìm dữ liệu nhanh hơn thay vì phải quét toàn bộ collection.

Một số thứ về JSON:

JSON

JSON là viết tắt cho Javascript Object Notation là một loại dữ liệu dựa trên chuẩn syntax của Javascript Object. Ví dụ:

{"username" : "duccorp",
"school": "uit",
"github": "ken3k06"
...}

JSON có thể được lưu vào file, có phần mở rộng là .json ,hoặc có thể dùng lưu lưu vào một record trong CSDL, v.v… Nó có định dạng đơn giản, bao gồm 2 phần chính đó là key và value, ngoài ra nó cũng dễ dàng sử dụng và truy vấn hơn XML rất nhiều. Thực tế, dữ liệu JSON hợp lệ có thể ở hai định dạng khác nhau:

Đầu tiên là dạng tập hợp các cặp key-value được bao bởi một cặp dấu ngoặc nhọn {...}. Như ví dụ ở trên

Dạng thứ hai là tập hợp danh sách có thứ tự các cặp key-value được phân tách bởi dấu phẩy và được bao bởi một cặp dấu ngoặc vuông [...] Ví dụ:

[
  {
      "username" : "duccorp", 
      "school" : "uit",
      "github" : "ken3k06"
  },
  {
      "username" : "dangminhtu", 
      "school" : "uit",
      "github" : "little"
  },
  {
      "username" : "nguyentrongnhan",
      "school" : "uit", 
      "github" : "nhantablop"
  }
]

Ta nên sử dụng JSON trong tình huống nào? Trong trường hợp ta muốn lưu trữ dữ liệu đơn thuần, tức là dưới dạng metadata ở phía server. Chuỗi JSON sẽ được lưu vào database và sau đó khi cần thì dữ liệu sẽ được giải mã. Và ngoài ra cũng còn nhiều ứng dụng khác nhưng mình xin dành cho các bài sau để nói sâu hơn về chủ đề này. Xem thêm tại đây: https://datatracker.ietf.org/doc/html/rfc8259

Trong Python có sẵn module json để ta làm việc với kiểu dữ liệu này Để chuyển các dữ liệu trong Python sang kiểu dữ liệu JSON thì ta dùng json.dumps hoặc json.dump

>>> import json
>>> data = {"username" : "duccorp", "option" : "get_flag"}
>>> json.dumps(data)
'{"username": "duccorp", "option": "get_flag"}'
>>>

Về sự khác nhau giữa hai methods này thì mọi người đọc doc của python để biết thêm chi tiết: Doc

Tương tự ta cũng sẽ có json.load() và json.loads()

>>> d = json.dumps(data).encode()
>>> e = json.loads(d.decode())
>>> type(e)
<class 'dict'>
>>> e
{'username': 'duccorp', 'option': 'get_flag'}
>>> d = json.dumps(data)
>>> type(d)
<class 'str'>
>>>

Làm quen với MongoDB

Doc của MongoDB: https://www.mongodb.com/docs/manual/

Đầu tiên trong mongosh, để kiểm tra các db hiện có:

test> show dbs
admin   40.00 KiB
config  60.00 KiB
local   40.00 KiB

Để tạo một db mới, xài lệnh use + db_name.

local> use shop
switched to db shop
shop> show dbs
admin   40.00 KiB
config  60.00 KiB
local   40.00 KiB
shop> 

db shop vẫn chưa được tạo do bên trong nó vẫn chưa có dữ liệu. Nhưng trước đó thì mình cần tạo một volume để lưu trữ dữ liệu của container này cho các lần làm việc sau.

sudo docker stop mongodb && sudo docker rm mongodb 
sudo docker volume create mongo-data

Chạy lại container với volume mới tạo:

sudo docker run -d --name mongodb -p 27017:27017 -v mongo-data:/data/db mongo:latest

Tạo collection và thêm document vào collection:

shop> db.createCollection('users');
{ ok: 1 }
shop> db.users.insert({name:'Duc', gender:'male'}); 
DeprecationWarning: Collection.insert() is deprecated. Use insertOne, insertMany, or bulkWrite.
{
  acknowledged: true,
  insertedIds: { '0': ObjectId('69aa391023aa66e9208563b1') }
}
shop> db.users.insertOne({name:'Tu', gender:'male'}); 
{
  acknowledged: true,
  insertedId: ObjectId('69aa392223aa66e9208563b2')
}
shop> 

insert sẽ có 3 lệnh chính là insertOne, insertMany và bulkWrite.

Xem các collection trong db hiện tại:

show collections

Xem toàn bộ dữ liệu trong collection users:

shop> db.users.find()
[
  {
    _id: ObjectId('69aa391023aa66e9208563b1'),
    name: 'Duc',
    gender: 'male'
  },
  {
    _id: ObjectId('69aa392223aa66e9208563b2'),
    name: 'Tu',
    gender: 'male'
  },
  {
    _id: ObjectId('69aa3a0e23aa66e9208563b3'),
    name: 'Nhan',
    gender: 'male'
  },
  {
    _id: ObjectId('69aa3a0e23aa66e9208563b4'),
    name: 'Dung',
    gender: 'male'
  }
]
shop> 

Hoặc format đẹp hơn:

db.users.find().pretty()

Tìm document theo điều kiện:

db.users.find({name:'Duc'})

Cập nhật 1 document hoặc thêm field vào bằng lệnh updateOne,updateMany.

}
shop> db.users.updateOne({name:'Duc'}, {$set: {age: 24}}) 
{
  acknowledged: true,
  insertedId: null,
  matchedCount: 1,
  modifiedCount: 1,
  upsertedCount: 0
}
shop> db.users.find({name:'Duc'})
[
  {
    _id: ObjectId('69aa391023aa66e9208563b1'),
    name: 'Duc',
    gender: 'male',
    age: 24
  }
]
shop> 

lúc đầu không có field age trong document của Duc, sau khi chạy lệnh update thì field này đã được thêm vào và có giá trị là 24.

Trong trường hợp có nhiều users cùng tên thì ta có thể dùng updateMany để cập nhật tất cả các document này cùng lúc hoặc update theo ObjectId.

Kiểm tra lại volume để xem dữ liệu đã được cập nhật chưa:

Có thể dùng lệnh sau để kiểm tra vị trí lưu volume:

sudo docker inspect mongodb

        "Mounts": [
            {
                "Type": "volume",
                "Name": "mongo-data",
                "Source": "/var/lib/docker/volumes/mongo-data/_data",
                "Destination": "/data/db",
                "Driver": "local",
                "Mode": "z",
                "RW": true,
                "Propagation": ""
            },

Xem dữ liệu:

sudo ls /var/lib/docker/volumes/mongo-data/_data

collection-216d347a-98fc-4a2b-ac5e-d58832aa3a80.wt  index-47403e43-b296-4411-b087-551d4b072589.wt  journal          _tmp               WiredTiger.wt
collection-82d45b8c-6e12-49b4-b42e-ebe504e559da.wt  index-5053806c-baed-410c-addc-de47f2ab9d36.wt  _mdb_catalog.wt  WiredTiger
collection-d60b55d8-28d3-420b-a1d6-fb96d6a1a988.wt  index-63775c2b-0fb9-42b5-b35e-05f6c3430e77.wt  mongod.lock      WiredTigerHS.wt
collection-f1854e35-c8f7-4e03-b8d5-d4918a1b1f59.wt  index-a2824842-8f7c-493e-801d-0c6f8877a562.wt  sizeStorer.wt    WiredTiger.lock
diagnostic.data                                     index-d579bc7f-67ee-40c2-b66b-274baafff5e0.wt  storage.bson     WiredTiger.turtle

Vậy là đã có dữ liệu được lưu vào rồi.

Thử tắt và bật lại container để kiểm tra dữ liệu có được lưu lại hay không:

sudo docker stop mongodb && sudo docker start mongodb

Tiếp theo mình sẽ thử connect tới MongoDB thông qua python.

Ở đây mình sẽ sử dụng thư viện pymongo để làm việc này. Doc của MongoDB: pymongo

from pymongo import MongoClient
uri = "mongodb://127.0.0.1:27017/"

client = MongoClient(uri)
try: 
    print(client.list_database_names())
except Exception as e:
    print(e)

Replica Set

Một replica set trong MongoDB là một nhóm các tiến trình của MongoDB duy trì cùng một bộ dữ liệu. Các replica set cung cấp tính dự phòng và sẵn sàng cao và là cơ sở để triển khai các cluster MongoDB.

Một replica set tiêu chuẩn thường có ít nhất 3 node như sau:

Một primary node: node này sẽ nhận tất cả các hoạt động ghi và đọc mặc định. Mỗi replica set chỉ có một primary node duy nhất tại một thời điểm.
Một secondary node : thực hiện sao phép dữ liệu từ primary node thông qua các thao tác từ oplog. Primary node sẽ ghi lại tất cả các thay đổi vào một bản nhật kí gọi là oplog.
Một arbiter node: node này không lưu trữ dữ liệu và không tham gia vào quá trình sao chép dữ liệu. Arbiter node chỉ có nhiệm vụ tham gia vào quá trình bầu cử khi primary node gặp sự cố để đảm bảo rằng replica set luôn có một primary node hoạt động.

Mỗi node trong replica set sẽ chỉ thuộc về đúng replica set đó và không thể tham gia vào replica set khác.

Khi node primary gặp sự cố, các node secondary sẽ nhận thấy thông qua cơ chế heartbeat và sẽ tiến hành bầu cử để chọn ra một node secondary mới trở thành primary. Quá trình này đảm bảo rằng hệ thống vẫn có thể tiếp tục hoạt động mà không bị gián đoạn.

Node gặp sự cố sau khi được phục hồi trở lại sẽ trở thành một secondary node tham gia vào replica set này.

Bây giờ ta sẽ thử triển khai một replica set đơn giản với 3 node bằng docker compose. Tham khảo thêm tại đây

Cấu trúc file docker-compose.yml như sau:

version: "3.8"

services: 
  mongo1:
    image: mongo:latest
    container_name: mongo1 
    command: ["mongod", "--replSet", "rs0", "--bind_ip_all", "--port", "27017"]
    ports: 
      - "27017:27017"
    volumes: 
      - mongo1_data:/data/db
    networks:
      - mongo-cluster 
  mongo2: 
    image: mongo:latest
    container_name: mongo2 
    command: ["mongod", "--replSet", "rs0", "--bind_ip_all", "--port", "27017"]
    ports: 
      - "27018:27017"
    volumes: 
      - mongo2_data:/data/db
    networks:
      - mongo-cluster
  mongo3:
    image: mongo:latest
    container_name: mongo3 
    command: ["mongod", "--replSet", "rs0", "--bind_ip_all", "--port", "27017"]
    ports: 
      - "27019:27017"
    volumes: 
      - mongo3_data:/data/db
    networks:
      - mongo-cluster
volumes: 
  mongo1_data:
  mongo2_data:
  mongo3_data: 
networks:
  mongo-cluster:
    driver: bridge

Sau khi chạy docker-compose up -d thì ta đã có 3 node MongoDB chạy ngầm trên máy. Tiếp theo ta sẽ vào mongosh của node mongo1 để cấu hình replica set. Tạo một file init-rs.js với nội dung như sau:

rs.initiate({
  _id: "rs0",
  members: [
    { _id: 0, host: "mongo1:27017" },
    { _id: 1, host: "mongo2:27017" },
    { _id: 2, host: "mongo3:27017" }
  ]
})

rs.status()

Sau đó chạy lệnh sau để vào mongosh của node mongo1 và chạy file init-rs.js này:

docker exec -i mongo1 mongosh < init-rs.js

Tiếp theo ta vào mongosh bất kì để kiểm tra

rs.status()

thì sẽ thấy có một node được đặt làm primary còn hai node còn lại là secondary.

Test đồng bộ:

Ở secondary node:

Một khái niệm nữa mà mình muốn đề cập tới đó là keyfile access control. Keyfile là một phương pháp được sử dụng cho cơ chế internal authentication giữa các node trong replica set. Keyfile đóng vai trò như một mật khẩu chung được chia sẻ giữa các node trong replica set để xác thực lẫn nhau. Khi một node cố gắng kết nối với node khác trong replica set, nó sẽ sử dụng keyfile để chứng minh rằng nó là một phần của replica set và có quyền truy cập vào dữ liệu.

Một số quy định về tạo key xem tại đây

Demo:

Đầu tiên mình sẽ tạo một keyfile mới:

openssl rand -base64 756 > key/mongo-keyfile
chmod 400 key/mongo-keyfile
sudo chown 999:999 key/mongo-keyfile

Lần đầu tiên chạy, mình không thêm dòng sudo chown 999:999 key/mongo-keyfile vào. Kết quả là services không chạy được.

Để kiểm tra xem chuyện gì đang xảy ra thì mình cần đọc logs của container bằng lệnh:

sudo docker logs mongo1

{"t":{"$date":"2026-03-06T07:44:42.984+00:00"},"s":"F",  "c":"CONTROL",  "id":20575,   "ctx":"main","msg":"Error creating service context","attr":{"error":"Location5579201: Unable to acquire security key[s]"}}

Lỗi này theo mình nghĩ, có lẽ nằm ở việc container không có quyền đọc file key này. Sau đó mình thêm dòng sudo chown 999:999 key/mongo-keyfile để đổi quyền sở hữu của file này sang user có id là 999. Để biết được mongodb có user id là 999 thì mọi người kiểm tra bằng lệnh sau:

❯ sudo docker run --rm mongo:latest id mongodb

uid=999(mongodb) gid=999(mongodb) groups=999(mongodb)

Còn đối với file key, ta chỉ được set quyền 400 cho file này, nếu không thì MongoDB sẽ báo lỗi.

Tiếp theo cần cập nhật lại file YAML, sửa hoàn chỉnh lại như sau:

version: "3.8"

services: 
  mongo1:
    image: mongo:latest
    container_name: mongo1 
    command: ["mongod", "--replSet", "rs0", "--bind_ip_all", "--keyFile", "/key/mongo-keyfile"]
    ports: 
      - "27017:27017"
    volumes: 
      - mongo1_data:/data/db
      - ./key/mongo-keyfile:/key/mongo-keyfile:ro
    networks:
      - mongo-cluster 
    healthcheck:
      test: ["CMD", "mongosh", "--eval", "db.adminCommand('ping')"]
      interval: 5s
      timeout: 5s
      retries: 5
  mongo2: 
    image: mongo:latest
    container_name: mongo2 
    command: ["mongod", "--replSet", "rs0", "--bind_ip_all", "--keyFile", "/key/mongo-keyfile"]
    ports: 
      - "27018:27017"
    volumes: 
      - mongo2_data:/data/db
      - ./key/mongo-keyfile:/key/mongo-keyfile:ro
    networks:
      - mongo-cluster
    healthcheck:
      test: ["CMD", "mongosh", "--eval", "db.adminCommand('ping')"]
      interval: 5s
      timeout: 5s
      retries: 5
  mongo3:
    image: mongo:latest
    container_name: mongo3 
    command: ["mongod", "--replSet", "rs0", "--bind_ip_all", "--keyFile", "/key/mongo-keyfile"]
    ports: 
      - "27019:27017"
    volumes: 
      - mongo3_data:/data/db
      - ./key/mongo-keyfile:/key/mongo-keyfile:ro
    networks:
      - mongo-cluster
    healthcheck:
      test: ["CMD", "mongosh", "--eval", "db.adminCommand('ping')"]
      interval: 5s
      timeout: 5s
      retries: 5

  mongo-init:
    image: mongo:latest
    container_name: mongo-init
    depends_on:
      mongo1:
        condition: service_healthy
      mongo2:
        condition: service_healthy
      mongo3:
        condition: service_healthy
    volumes:
      - ./init-rs.js:/init-rs.js:ro
    networks:
      - mongo-cluster
    entrypoint: ["mongosh", "--host", "mongo1", "--file", "/init-rs.js"]
volumes: 
  mongo1_data:
  mongo2_data:
  mongo3_data: 
networks:
  mongo-cluster:
    driver: bridge

MongoDB Cluster

MongoDB

JSON

Làm quen với MongoDB

Replica Set

Sharded clusters