本文圖片來自Ricky Ho的博文MongoDB構架（MongoDB Architecture），這是個一聽就感覺很寬泛的話題，但是作者在文章中確實對MongoDB由內至外的架構進行了剖析。本文截取了其文章中的幾張重點架構示意圖片進行簡單描述。希望對大家有用。

MongoDB資料檔案內部結構

1. MongoDB在資料儲存上按名稱空間來劃分，一個collection是一個名稱空間，一個索引也是一個名稱空間
2. 同一個名稱空間的資料被分成很多個Extent，Extent之間使用雙向連結串列連線
3. 在每一個Extent中，儲存了具體每一行的資料，這些資料也是通過雙向連結連線的
4. 每一行資料儲存空間不僅包括資料佔用空間，還可能包含一部分附加空間，這使得在資料
   update變大後可以不移動位置
5. 索引以BTree結構實現

在MongoDB中實現事務

眾所周知，MongoDB只支援對單行記錄的原子性修改，並不支援對多行資料的原子操作。但是通過上圖中的變態操作，實際你也可以自己實現事務。其步驟如圖所未：

• 第1步：先記錄一條事務記錄，將要修改的多行記錄的修改值寫到裡面，並設定其狀態為init（如果這時候操作中斷，那麼在重新啟動時，會判斷到他處於init狀態，從而將其儲存的多行修改操作應用到具體的行上）
• 第2步：然後更新具體要修改的行，將剛才寫的事務記錄的標識寫到它的tran欄位中
• 第3步：將事務記錄的狀態從init變成pending（如果在這時候操作中斷，那麼在重新啟動時，會判斷到它的狀態是pending的，這時候檢視其所有對應的多條要修改的記錄，如果其tran有值，那麼就進行第4步，如果沒值，說明第4步已經執行過了，直接將其狀態從pending變成commited了就行）
• 第4步：將需要修改的多條記錄的相應值修改了，並且unset掉之前的tran欄位
• 第5步：將事務記錄那一條的狀態從pending變成commited，事務完成

其實上面的步驟並不罕見，在支援事務的DBMS中，其事務原子性提交的保證大多都與上面類似。其實事務記錄的tran那條記錄，就類似於這些DBMS中的redolog一樣。

MongoDB資料同步

上圖是MongoDB採用Replica Sets模式的同步流程

• 紅色箭頭表示寫操作寫到Primary上，然後非同步同步到多個Secondary上
• 藍色箭頭表示讀操作可以從Primary或Secondary任意一個上讀
• 各個Primary與Secondary之間一直保持心跳同步檢測，用於判斷Replica Sets的狀態

分片機制

• MongoDB的分片是指定一個分片key來進行，資料按範圍分成不同的chunk，每個chunk的大小有限制
• 有多個分片節點儲存這些chunk，每個節點儲存一部分的chunk
• 每一個分片節點都是一個Replica Sets，這樣保證資料的安全性
• 當一個chunk超過其限制的最大體積時，會分裂成兩個小的chunk
• 當chunk在分片節點中分佈不均衡時，會引發chunk遷移操作

伺服器角色

上面講了分片的標準，下面是具體在分片時的幾種節點角色

• 客戶端訪問路由節點mongos來進行資料讀寫
• config伺服器儲存了兩個對映關係，一個是key值的區間對應哪一個chunk的對映關係，另一個是chunk存在哪一個分片節點的對映關係
• 路由節點通過config伺服器獲取資料資訊，通過這些資訊，找到真正存放資料的分片節點進行對應操作
• 路由節點還會在寫操作時判斷當前chunk是否超出限定大小，如果超出，就分列成兩個chunk
• 對於按分片key進行的查詢和update操作來說，路由節點會查到具體的chunk然後再進行相關的工作
• 對於不按分片key進行的查詢和update操作來說，mongos會對所有下屬節點發送請求然後再對返回結果進行合併

翻譯：http://blog.nosqlfan.com/html/3887.html