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# Amazon DocumentDB 弹性集群：工作原理
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本节的主题提供有关支持 Amazon DocumentDB 弹性集群的机制和功能的信息。

**Topics**
+ [Amazon DocumentDB 弹性集群分片](#elastic-how-it-works.sharding)
+ [弹性集群迁移](#elastic-how-it-works-migration)
+ [弹性集群扩展](#elastic-how-it-works-scaling)
+ [弹性集群可靠性](#elastic-reliability)
+ [弹性集群存储和可用性](#how-it-works-storage)
+ [Amazon DocumentDB 4.0 与弹性集群之间的功能差异](#elastic-functional-differences)

## Amazon DocumentDB 弹性集群分片
<a name="elastic-how-it-works.sharding"></a>

Amazon DocumentDB 弹性集群使用基于哈希的分片在分布式存储系统中对数据进行分区。分片（也称为分区）将大型数据集拆分为跨多个节点的小型数据集，使您能够横向扩展数据库超出垂直扩展限值。弹性集群使用 Amazon DocumentDB 中计算和存储的分离或“解耦”，使您能够相互独立地扩展。弹性集群不是通过在计算节点之间移动小块数据进行集合重新分区，而是在分布式存储系统中高效复制数据。

![\[Amazon DocumentDB 弹性集群包含多个分片，用于将大型数据集拆分为较小的数据集，从而改善数据库扩展。\]](http://docs.aws.amazon.com/zh_cn/documentdb/latest/developerguide/images/shard-architecture.png)


### 分片定义
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分片命名法的定义：
+ **分片**：一个分片为弹性集群提供计算。分片将有一个写入器实例和 0 到 15 个只读副本。默认情况下，一个分片将有两个实例：一个写入器和一个只读副本。您最多可以配置 32 个分片，每个分片实例的最大值为 64 v。CPUs
+ **分片密钥**：分片密钥是已分片集合的 JSON 文档中的一个必填字段，弹性集群使用该字段向匹配的分片分配读写流量。
+ **分片集合**：分片集合是其数据跨数据分区中弹性集群分布的一个集合。
+ **分区**：分区是已分片数据的逻辑部分。创建已分片集合时，数据将根据分片密钥自动组织到每个分片内的分区中。每个分片都有多个分区。

### 跨已配置分片分配数据
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创建具有许多唯一值的分片密钥。良好分片密钥可以将您的数据跨底层分片均匀分配，从而让您的工作负载有最佳吞吐量和性能。以下示例是使用名为“user\$1id”的分片密钥的员工姓名数据：

![\[数据集中的数据均匀分布在多个分片中。\]](http://docs.aws.amazon.com/zh_cn/documentdb/latest/developerguide/images/sharding-detail-1.png)


DocumentDB 使用哈希分片跨底层分片进行数据分区。其他数据按相同方式插入和分配：

![\[新数据集中的数据通过哈希分片分布在各个分片中。\]](http://docs.aws.amazon.com/zh_cn/documentdb/latest/developerguide/images/sharding-detail-2.png)


当您通过添加额外分片横向扩展数据库时，Amazon DocumentDB 会自动重新分配数据：

![\[当向数据库添加额外分片时，数据集中的数据将被重新分配。\]](http://docs.aws.amazon.com/zh_cn/documentdb/latest/developerguide/images/sharding-detail-3.png)


## 弹性集群迁移
<a name="elastic-how-it-works-migration"></a>

Amazon DocumentDB 支持将分片的 MongoDB 数据迁移到弹性集群。支持离线、在线和混合迁移方法。有关更多信息，请参阅 [迁移到 Amazon DocumentDB](docdb-migration.md)。

## 弹性集群扩展
<a name="elastic-how-it-works-scaling"></a>

Amazon DocumentDB 弹性集群能够增加弹性集群中的分片数量（横向扩展），以及CPUs 应用于每个分片的 v 数（向上扩展）。您还可以根据需要减少分片数量和计算容量 (vCPUs)。

有关扩展的最佳实践，请参阅 [扩展弹性集群](elastic-best-practices.md#scaling)。

**注意**  
还提供集群级的扩展。有关更多信息，请参阅 [扩展 Amazon DocumentDB 集群](db-cluster-manage-performance.md)。

## 弹性集群可靠性
<a name="elastic-reliability"></a>

Amazon DocumentDB 的设计具有可靠、持久和容错的特点。为提高可用性，弹性集群按每个分片部署两个节点，跨不同可用区布置。Amazon DocumentDB 包括多种自动功能，使其成为很可靠的数据库解决方案。有关更多信息，请参阅 [Amazon DocumentDB 可靠性](how-it-works.md#how-it-works.reliability)。

## 弹性集群存储和可用性
<a name="how-it-works-storage"></a>

Amazon DocumentDB 数据存储在集群卷中，该卷是一个使用固态硬盘 () SSDs 的单个虚拟卷。一个集群卷由六个数据副本组成，这些副本会在单个 AWS 区域的多个可用区之间自动复制。此复制有助于确保您的数据具有高持久性，减少数据丢失的可能性。它还有助于确保在故障转移期间您的集群具有更高可用性，因为您的数据副本已存在于其他可用区中。有关存储、高可用性和复制的更多详情，请参阅 [Amazon DocumentDB：工作方式](how-it-works.md)。

## Amazon DocumentDB 4.0 与弹性集群之间的功能差异
<a name="elastic-functional-differences"></a>

Amazon DocumentDB 4.0 与弹性集群之间存在以下功能差异。
+ 来自 `top` 和 `collStats` 的结果按分片分区。对于分片集合，数据分布在多个分区之间，`collStats` 报告了来自各分区的聚合 `collScans`。
+ 当改变集群分片计数时，来自已分片集合的 `top` 和 `collStats` 的集合统计数据将重置。
+ 备份内置角色现在支持 `serverStatus`。操作：具有备份角色的开发人员和应用程序可以收集有关 Amazon DocumentDB 集群状态的统计量。
+ `SecondaryDelaySecs` 字段替换 `replSetGetConfig` 输出中的 `slaveDelay`。
+ `hello` 命令替换 `isMaster`：`hello` 返回描述弹性集群角色的一个文档。
+ 弹性集群中的 `$elemMatch` 运算符仅匹配某数组第一个嵌套级别中的文档。在 Amazon DocumentDB 4.0 中，运算符在返回已匹配文档之前遍历所有级别。例如：

```
db.foo.insert(
[
    {a: {b: 5}},
    {a: {b: [5]}},
    {a: {b: [3, 7]}},
    {a: [{b: 5}]},
    {a: [{b: 3}, {b: 7}]},
    {a: [{b: [5]}]},
    {a: [{b: [3, 7]}]},
    {a: [[{b: 5}]]},
    {a: [[{b: 3}, {b: 7}]]},
    {a: [[{b: [5]}]]},
    {a: [[{b: [3, 7]}]]}
]);
// Elastic clusters
> db.foo.find({a: {$elemMatch: {b: {$elemMatch: {$lt: 6, $gt: 4}}}}}, {_id: 0})
{ "a" : [ { "b" : [ 5 ] } ] }

// Docdb 4.0: traverse more than one level deep
> db.foo.find({a: {$elemMatch: {b: {$elemMatch: {$lt: 6, $gt: 4}}}}}, {_id: 0})
{ "a" : [ { "b" : [ 5 ] } ] }
{ "a" : [ [ { "b" : [ 5 ] } ] ] }
```
+ Amazon DocumentDB 4.0 中的“\$1”投影返回带所有字段的所有文档。对于弹性集群，带“\$1”投影的 `find` 命令返回匹配查询参数的文档，该参数仅含有匹配“\$1”投影的字段。
+ 在弹性集群中，带 `$regex` 和 `$options` 查询参数的 `find` 命令返回一个错误：“无法同时在 \$1regex 和 \$1options 中设置选项。”
+ 对于弹性集群，以下情况时，`$indexOfCP` 现在返回“-1”：
  + 未在 `string expression` 中找到子字符串，或
  + `start` 是一个大于 `end` 的数字，或
  + `start` 是一个大于字符串字节长度的数字。

  在 Amazon DocumentDB 4.0 中，当 `start` 位置是一个大于 `end` 或字符串字符串字节长度的数字时，`$indexOfCP` 返回“0”。
+ 对于弹性集群，`_id fields` 中的投影操作，例如 `{"_id.nestedField" : 1}`，返回仅包含所投影字段的文档。同时，在 Amazon DocumentDB 4.0 中，嵌套字段投影命令不会筛选掉任何文档。