はじめに

今回は，MongoDBのシャーディングについて説明します。

シャーディングとは，データを複数のサーバに分散させる機能です。今回は，最初にシャーディングのメリットを説明し，続けてシャーディングの概要，さらにシャーディングに登場する重要キーワードを解説します。2ページ目以降ではシャーディングの構築手順について解説します。

シャーディングはMongoDBの機能の中でも重要かつ複雑なもののひとつです。手元の環境で構築することが，シャーディングを理解する大きな助けになりますので，本記事を参考にぜひ構築してみてください。

シャーディングのメリット

シャーディングはMongoDBを水平スケーリングさせる機能で，以下のようなメリットをもたらします。

負荷分散による性能の向上

データを複数のサーバに分散させることにより，CPUやI/O負荷を分散させることが可能です。後述しますが，MongoDBはキーの範囲でデータを分散させます。適切なキー範囲を設定することにより，負荷を水平スケーリングさせることが可能となります。

リソース分散によるコストパフォーマンスの向上

近年，メモリやディスクの価格は大変安くなってきましたが，サイズの大きなモジュールほど価格が高く，また価格の上昇幅が大きくなることは変わりません。

メモリを例にあげますと，合計で64GBのメモリが必要になったとき，4GBメモリモジュール16枚の価格より16GBメモリモジュール4枚の価格の方が，一般的にコストがかかります。メモリもディスクも1台のサーバに積めるユニット数には制限があります。このような背景から，複数のサーバにデータを分散させることが，コストパフォーマンスの向上につながります。MongoDBではメモリが性能に直結するため，十分なサイズのメモリを確保することが推奨されています。

MongoDBのシャーディングの概要

シャーディングについて，データ分散と自動バランシングという2つの特徴を説明します。

シャードキーのレンジ（範囲）によるデータ分散

MongoDBのシャーディングはレンジパーティション方式を採用しています（※1⁠）⁠。シャードキーを指定することで，各サーバに格納されるデータの範囲が決定されます。サーバ間で重複データは持たず，1つのデータが格納されるサーバはシャードキーの範囲によって1つに決定されます。

シャーディングのイメージを図で表すと，図1のようになります。図1に出てくる用語に関して後ほど説明しますので，まずは全体的なイメージを押さえてください。

※1）

データ分散という点のみで見ると，MySQLのレンジ指定によるパーティショニングとほぼ同じです。

自動バランシング

キー範囲の調整と，調整に伴うサーバ間のデータの移動まで全部MongoDBが行う自動バランシング（※2）という機能を備えています。自動バランシングにより，サーバ間のデータの偏りをユーザが意識しなくてもよいように設計されています。また，新たにサーバを追加した場合も，同様にデータの移動を行い偏りがなくなるように自動調整します。

※2）

設定で自動バランシングをオフにすることも可能です。

重要キーワードの説明

シャーディングに登場するキーワードに関して説明します。

シャード

実際にデータが格納されているmongodプロセスです。1つのドキュメントは1つのシャードに格納され，シャード間でデータの複製は行いません。必須ではありませんがレプリケーション構成とすることを推奨されています。

configサーバ

シャーディングのメタデータを管理しているmongodプロセスです。単一障害点となるので，複数のconfigサーバで構成することが推奨されています。

mongosサーバ

シャーディングにおけるルーティングプロセスです。シャードとクライアントを連携させます。必要があれば複数のmongosサーバをたてることが可能です。mongodプロセスではないので，状態やデータを持っていません。

シャードキー

データを分散する範囲のキーです。複数指定もできます。キー上のどの範囲のデータがどのシャードに格納されるかは，MongoDBが管理し，データの偏りによって自動調整を行います。シャーディングにおいて，シャードキーの設計が非常に重要になります。

チャンク

シャーディングにおけるチャンクとは，分散するデータの単位です。具体的には，あるコレクションの連続した範囲のデータで，複数のドキュメントとなります。チャンクの最大サイズに達すると分割され，シャードが持っているチャンク数に応じて必要ならば他のシャードに移動されます。チャンクの最大サイズは変更可能です。

これまでに説明したキーワードは，現時点では明確にイメージできなくても心配いりません。次のページ以降で実際にシャーディング環境を構築してみることで，理解を深めていきましょう。