استيراد وتصدير قاعدة بيانات MongoDB في نظام أوبنتو 14.04

يُعدّ MongoDB أحد أشهر محركات قواعد البيانات من نوع NoSQL، فهو شهير بمرونته، فعاليّته، موثوقيته وسهولة استخدامه، وسنستعرض في المقال كيفية استيراد وتصدير قواعد بيانات MongoDB.

تجدر الإشارة إلى أنّه عند حديثنا عن الاستيراد والتصدير فالمقصود التعامل مع البيانات بصيغة مقروءة من قبل البشر، ومتوافقة مع باقي المنتجات البرمجية. بالمقابل، فإن عمليات النسخ الاحتياطي واستعادة النسخ الاحتياطية تُنشئ أو تَستخدم نمط بيانات ثنائية binary خاصّة بـ MongoDB، وتحافظ بالتالي على تناسق وسلامة البيانات إضافة إلى سمات MongoDB الخاصة.

بناء على ما سبق، فإنّه من المفضّل استخدام النسخ الاحتياطي عند الحاجة لنقل/تهجير migration قاعدة البيانات طالما أن هناك توافقية ما بين النظام المصدر والنظام الهدف، وهذا الموضوع خارج إطار حديثنا.

المتطلبات الأولية

قبل أن نتابع، يرجى التأكّد من توفر المتطلبات التالية بشكل كامل:

• نظام تشغيل Ubuntu 14.04،
• مستخدم عادي بدون صلاحيات مدير نظام، لكنّه يملك صلاحية تنفيذ أمر sudo. يمكن مراجعة الإعداد الابتدائي لخادوم أوبنتو 14.04 لمزيد من المعلومات،
• تثبيت وإعداد MongoDB.

وعدا عمّا قد يستثنى بوضوح، فإنّ جميع الأوامر التي تحتاج لصلاحيات مدير نظام root في المقال، يجب أن يتم تنفيذها من قبل مستخدم عادي يملك صلاحيات sudo.

فهم الأساسيات

سنحتاج لفهم بعض الأمور قبل أن نتابع المقال، وإن كنت تملك بعض الخبرة مع قواعد البيانات العلائقية relational المشهورة مثل MySQL، فربّما تجد بعض التشابه عند العمل مع MongoDB.

إنّ أول ما تحتاج معرفته حول MongoDB هو أنها تستخدم صيغتي json و bson (الصيغة الثنائية binary من json) بغرض تخزين المعلومات. إنّ Json هي صيغة مقروءة من قبل البشر وبالتالي مناسبة جدًا لتصدير واستيراد البيانات في نهاية الأمر، ومن الممكن أيضًا التعديل على البيانات المصدّرة باستخدام أيّ أداة تدعم json، بما في ذلك أي محرر نصوص بسيط.

يبدو أحد الأمثلة عن مستند json على الشكل التالي:

{"address":[
	{"building":"1007", "street":"Park Ave"},
	{"building":"1008", "street":"New Ave"},
]}

إنّ Json مناسبة جدًا للعمل معها، لكنها لا تدعم جميع أنماط البيانات المتاحة في bson، وهذا يعني بأنّه سيكون لدينا "فقدان في الدقّة" في البيانات عند استخدام json، ولهذا السبب فإنّه من الأفضل استخدام الصيغة الثنائية bson في حالة النسخ الاحتياطي والاستعادة لأنّها ستساعد في استعادة قاعدة بيانات MongoDB بشكل أدق.

ثانيًا، ليس هناك داعٍ للقلق حول إنشاء قاعدة البيانات إن لم تكن موجودة أصلًا عند القيام باستعادة نسخة احتياطية، حيث سيتم إنشاؤها بشكل تلقائي. إضافة لذلك، فإنّ هيكل المجموعات collections (التي تُقابل الجداول) في القاعدة -بخلاف محركات قواعد البيانات الأخرى- سيتم إنشاؤها أيضًا بشكل تلقائي عند إدراج insert أول سطر.

ثالثًا، إن قراءة وإدراج كمّية كبيرة من البيانات في MongoDB، قد يستهلك مصادر النظام كقدرة المعالج، الذاكرة ومساحة التخزين بشكل كبير جدًا وهذه نقطة حساسة على اعتبار أن MongoDB تُستخدم عادة مع قواعد البيانات الكبيرة والبيانات الضخمة، والحل الأسهل لهذه المشكلة هو تنفيذ عمليات التصدير والنسخ الاحتياطي ليلًا.

رابعًا، فقد يكون هناك مشكلة في تناسق البيانات consistency إن كنت تملك خادوم MongoDB معرّض لضغط العمل باستمرار وبالتالي قد تتغير البيانات أثناء عملية التصدير، حيث لا يوجد حل بسيط لهذه المشكلة ولكن في نهاية المقال سنتحدث حول استنساخ البيانات replication.

استيراد المعلومات إلى قاعدة بيانات MongoDB

لنتعلّم كيفية استيراد المعلومات إلى قاعدة بيانات MongoDB، سنقوم باستخدام عيّنة قاعدة بيانات معروفة حول المطاعم. إنّ القاعدة بصيغة json ويمكن تحميلها باستخدام الأمر wget بالشكل التالي:

$ wget https://raw.githubusercontent.com/mongodb/docs-assets/primer-dataset/primer-dataset.json

وحالما ينتهي التحميل ستحصل على ملف حجمه 12 ميغابايت يُدعى primer-dataset.json في المجلّد الذي قمت بتنفيذ الأمر فيه. سنقوم باستيراد البيانات من هذا الملف إلى قاعدة بيانات جديدة سنسمّيها newdb وضمن جدول سنسمّيه restaurants. للقيام بعملية الاستيراد سنستخدم الأمر mongoimport على الشكل التالي:

$ sudo mongoimport --db newdb --collection restaurants --file primer-dataset.json

ويُفترض أن تكون نتيجة تنفيذ الأمر السابق على الشكل التالي:

2016-01-17T14:27:04.806-0500 	connected to: localhost
2016-01-17T14:27:07.315-0500 	imported 25359 documents

وكما يظهر في الناتج السابق، فقد تم استيراد 25359 مستند، ولأننا لم نكن نملك قاعدة بيانات باسم newdb، فقد قام محرّك MongoDB بإنشائها بشكل تلقائي، وللتأكّد من نجاح عملية الاستيراد سنقوم بالاتصال بقاعدة البيانات newdb على الشكل التالي:

$ sudo mongo newdb

سنلاحظ عند تنفيذ الأمر بأن شكل مِحرف سطر الأوامر قد تغيّر، مما يشير إلى نجاح الاتصال بقاعدة البيانات، وللتحقق الآن من عدد المستندات التي تم استيرادها، سنقوم بتنفيذ الأمر التالي:

> db.restaurants.count()

ويفترض أن تكون النتيجة 25359، وهو مطابق تمامًا لعدد المستندات المستوردة.

وللتحقق بشكل أفضل من نجاح الاستيراد، سنقوم باختيار المستند الأول من مجموعة المطاعم بتنفيذ الأمر التالي:

> db.restaurants.findOne()

وينبغي أن تكون النتيجة على الشكل التالي:

{
	"_id" : ObjectId("569beb098106480d3ed99926"),
	"address" : {
		"building" : "1007",
		"coord" : [
			-73.856077,
			40.848447
		],
		"street" : "Morris Park Ave",
		"zipcode" : "10462"
	},
	"borough" : "Bronx",
	"cuisine" : "Bakery",
	"grades" : [
		{
			"date" : ISODate("2014-03-03T00:00:00Z"),
			"grade" : "A",
			"score" : 2
		},
		...
	],
	"name" : "Morris Park Bake Shop",
	"restaurant_id" : "30075445"
}

إنّ مثل هذا التحقق قد يظهر أيّ مشاكل في محتوى المستندات أو ترميزها أو ما شابه ذلك، فصيغة json تستخدم ترميز UTF-8 ويجب أن تكون البيانات المصدّرة والمستوردة بهذا الترميز. تذكّر هذا الأمر دومًا عند القيام بتحرير ملفات json بشكل يدوي، وفيما عدا ذلك فإنّ محرك MongoDB سيتولّى الأمر عنك بشكل تلقائي.

أخيرًا، للخروج من سطر أوامر MongoDB نقوم بتنفيذ الأمر exit على الشكل:

> exit

وسيتم الخروج والعودة إلى سطر أوامر النظام كمستخدم عادي.

تصدير المعلومات من قاعدة بيانات MongoDB

كما ذكرنا سابقًا، فإنّه من الممكن الحصول على بيانات مقروءة ومفهومة عند القيام بتصدير المعلومات من قاعدة MongoDB، وتكون صيغة الملف المصدّر بشكل افتراضي هي json، ولكن من الممكن أيضًا الحصول على البيانات في ملف بصيغة (csv (comma separated value.

نستخدم الأمر mongoexport لتصدير البيانات من قاعدة MongoDB، ويسمح أمر التصدير باختيار قاعدة بيانات، مجموعة من المجموعات collection، حقل من الحقول، وحتّى استخدام استعلام من أجل التصدير.

وكمثال بسيط على أمر التصدير mongoexport، سنقوم بتصدير مجموعة المطاعم من قاعدة newdb التي قمنا باستيرادها سابقًا، ويبدو الأمر على النحو التالي:

$ sudo mongoexport --db newdb -c restaurants --out newdbexport.json

حيث قمنا في الأمر السابق باستخدام المُعامل db-- لتحديد القاعدة، والمُعامل c- لتحديد المجموعة، والمُعامل --out لتحديد اسم الملف الذي سيتم تصدير البيانات إليه، وستكون نتيجة تنفيذ الأمر السابق بشكل ناجح على النحو التالي:

2016-01-20T03:39:00.143-0500 	connected to: localhost
2016-01-20T03:39:03.145-0500 	exported 25359 records

ويظهر الأمر السابق أنه قد تم تصدير 25359 مستند، وهو مماثل تمامًا لعدد المستندات التي قمنا باستيرادها سابقًا.

قد نحتاج في بعض الأحيان إلى تصدير جزء من مجموعة، وبالأخذ بعين الاعتبار هيكل ومحتوى مستند المطاعم بصيغة json، سنقوم بتصدير معلومات جميع المطاعم التي تحقق الشرط الذي يقول بأنها موجودة في المنطقة الإدارية المسمّاة Bronx والتي تقدّم الطعام الصيني. للحصول على هذه المعلومات بشكل مباشر في حال كنّا متصلين بقاعدة MongoDB من خلال سطر أوامر MongoDB، فسنقوم بالاتصال بقاعدة البيانات مجددًا:

$ sudo mongo newdb

ومن ثم سنستخدم الاستعلام:

> db.restaurants.find( { borough: "Bronx", cuisine: "Chinese" } )

وسيتم عرض النتيجة مباشرة، وللخروج من سطر أوامر MongoDB سننفّذ الأمر exit كما ذكرنا سابقًا.

أمّا لتصدير البيانات من سطر أوامر النظام دون أن نكون متصلين بقاعدة البيانات مسبقًا، فسنقوم بتمرير الاستعلام السابق كمُعامل لأمر mongoexport باستخدام المُعامل q- على الشكل التالي:

$ sudo mongoexport --db newdb -c restaurants -q "{ borough: 'Bronx', cuisine: 'Chinese' }" --out Bronx_Chinese_retaurants.json

لاحظ في الأمر السابق بأنّا قمنا باستخدام علامات الاقتباس الفرديّة ' داخل علامات الاقتباس الزوجيّة " لأنّ هذا شرط من شروط كتابة الاستعلام في سطر الأوامر، ولو احتجنا لاستخدام علامات اقتباس زوجيّة أو إشارة $ فسنحتاج لتخطي المحارف الخاصة باستخدام \ بإدراجها قبل المحرف الخاص في الاستعلام.

إن تمت عملية التصدير بنجاح فينبغي أن تكون النتيجة على الشكل التالي:

2016-01-20T04:16:28.381-0500 	connected to: localhost
2016-01-20T04:16:28.461-0500 	exported 323 records

تُظهر النتيجة السابقة بأنّ هناك 323 سجل قد تم تصديره، ويمكن إيجادها ضمن ملف Bronx_Chinese_retaurants.json الذي قمنا بتحديده.

الخلاصة

تعرفّنا في المقال على أساسيات استيراد وتصدير المعلومات من وإلى قاعدة بيانات MongoDB. إنّ عملية الاستنساخ replication مفيدة في حالة التوسعة، ولكنّها مهمة أيضًا للنواحي التي تحدثنا عنها، حيث تسمح باستمرارية تشغيل خدمات MongoDB دون انقطاع عبر خادوم MongoDB ثانوي بينما نقوم باستعادة نسخة احتياطية إلى الخادوم الرئيسي عند حدوث فشل. إن جزءًا من عملية الاستنساخ هو سجل العمليات (oplog)، الذي يقوم بتسجيل جميع العمليات التي تقوم بتغيير البيانات، ويمكن استخدام هذا السجل كما في MySQL، لاستعادة البيانات بعد أن تكون آخر عملية نسخ احتياطي قد بدأت. تذكّر بأن عمليات النسخ الاحتياطي تحصل في الليل عندما يكون نشاط قاعدة البيانات في حدّه الأدنى، وإن قررت استعادة نسخة احتياطية لقاعدة البيانات في الفترة المسائية (أي قبل أن تبدأ عملية النسخ الاحتياطي الليلية) فإنّك ستفقد بذلك جميع التعديلات التي تمت على القاعدة منذ آخر عملية نسخ احتياطي.

ترجمة -وبتصرّف- للمقال How To Import and Export a MongoDB Database on Ubuntu 14.04 لصاحبه Anatoliy Dimitrov.