Technische Administration und Betrieb von MongoDB Schulung

Modul 1: Einführung und MongoDB-Architektur (4 Std.)

Inhalt:

• Geschichte und Ökosystem von MongoDB
• Häufige Anwendungsfälle sowie Vor- und Nachteile
• Allgemeine Architektur: Instanzen, Prozesse und Konfigurationen

Praxis:

• Interaktive Erkundung: Verbindung mittels Mongo Shell bzw. CLI herstellen
• Erstellung einer Beispieldatenbank samt Sammlung

Modul 2: Installation und erste Konfiguration (6 Std.)

Inhalt:

• Hardware- und Ressourcenanforderungen
• Installation auf Linux (deb/rpm), Windows und macOS
• YAML-Konfigurationsdateien (mongod.conf): Angaben zu dataDir, logDir, bindIp sowie Port
• Startoptionen sowie Verwaltung über systemd bzw. Dienste

Praxis:

• Bereitstellung von Instanzen auf lokalen virtuellen Maschinen oder in Docker-Containern
• Anpassung der Konfiguration für Entwicklungs- und Produktionsumgebungen
• Überprüfung einer sicheren Fernverbindung

Modul 3: Datenmodellierung und grundlegende Operationen (5 Std.)

Inhalt:

• BSON-Dokumente, Sammlungen sowie Datenbanken
• Datenmodellierung: Einbetten versus Verweisverwendung; Gestaltungsmuster für Datenstrukturen
• Grundlegende Indizes (kurz eingeführt)
• Ausführung von Operationen mittels Mongo Shell sowie Skriptbeispielen unter Nutzung der jeweiligen Treiber

Praxis:

• Modellierung eines konkreten Anwendungsfalls: z. B. Lager- oder Abrechnungssystem
• Durchführung von CRUD-Operationen
• Validierung der Schemata mittels JSON Schema in MongoDB

Modul 4: Indizes und Leistungsoptimierung (4 Std.)

Inhalt:

• Einfache, zusammengesetzte, mehrfach genutzte, textbasierte sowie geografisch orientierte Indizes
• Nutzung von explain() zur Auswertung und Analyse der Leistungskennzahlen
• Auswirkungen von Indizes auf Schreibgeschwindigkeit sowie Speicherauslastung

Praxis:

• Erstellung von Sammlungen mit Testdaten
• Abfragetests mit und ohne Verwendung von Indizes; Auswertung der Ergebnisse via explain()
• Optimierung der Indexkonfiguration anhand vorliegender Zugriffsmuster

Modul 5: Sicherheit (5 Std.)

Inhalt:

• Authentifizierungsverfahren: SCRAM, sowie Einführung zu LDAP/Kerberos
• Anlage von Benutzern und maßgeschneiderten Berechtigungen
• TLS/SSL-Verschlüsselung für die Kommunikation zwischen Client und Server
• Verschlüsselung ruhender Daten: Schlüsselmanagement
• Grundsätzliches Audit-Logging

Praxis:

• Erstellung von Benutzern mit eingeschränkten Rechten
• Einrichtung von TLS auf lokalen Instanzen
• Überprüfung unerlaubter Zugriffsversuche sowie Auswertung der Audit-Protokolle

Modul 6: Replikation und Hochverfügbarkeit (6 Std.)

Inhalt:

• Grundsätzliche Konzepte der Replikation: Primärinstanz, Sekundärinstanzen sowie oplog
• Einrichtung von Replica Sets: Initiierung, Mitgliederverwaltung und Arbiternutzung
• Überwachung des Status sowie Abläufe bei Wahl neuer primärer Instanzen
• Wartungsmaßnahmen: Hinzufügen bzw. Entfernen von Mitgliedern, Neuzuweisung der Prioritäten

Praxis:

• Bereitstellung eines dreiknotigen Replica Sets (lokal oder auf VMs)
• Simulation des Ausfalls der Primärinstanz und Beobachtung des automatischen Failovers
• Wiederherstellung sekundärer Instanzen sowie Neubildung replizierter Datenbestände

Modul 7: Sharding und horizontale Skalierung (6 Std.)

Inhalt:

• Grundsätze des Shardings: Auswahl des Shard-Keys, Konfigurationsserver sowie der mongos-Router
• Auswirkungen bei der Wahl des Shard-Keys sowie zugehörige Risiken
• Einrichtung von Config Servern, Shards und mongos-Routern
• Lastverteilung durch Rebalancing sowie Chunk-Migrationen

Praxis:

• Konfiguration eines vereinfachten sharded Clusters
• Eingabe großer Datenmengen und Beobachtung der daraus resultierenden Verteilung
• Bearbeitung von Änderungen am Shard-Key sowie Erkennen limitierter Möglichkeiten in solchen Szenarien

Modul 8: Backups, Wiederherstellung und Notfallplanung (4 Std.)

Inhalt:

• Eigenständige Hilfsmittel wie mongodump/mongorestore sowie Snapshots des Dateisystems
• Datensicherungen bei Verwendung von Replica Sets bzw. sharded Clustern
• Grundlegende Nutzungsmöglichkeiten von Cloud Manager/Ops Manager für Backup-Aufgaben
• Erstellung von Notfallplänen: Definition der RTO- sowie RPO-Werte

Praxis:

• Durchführung von Backups und Wiederherstellungen anhand einer Testdatenbank
• Simulation eines Ausfalls sowie anschließende Datenrettung aus dem Backup
• Ausarbeitung eines hypothetischen Notfallplans zur Absicherung der Systeme

Modul 9: Überwachung und Alarmierung (4 Std.)

Inhalt:

• Nutzbare Werkzeuge wie mongostat, mongotop sowie Monitoring-Funktionen in Cloud Manager/Atlas
• Einführung zur Integration mit Prometheus und Grafana samt Beispielen dazu
• Wichtige Leistungsindikatoren: CPU- sowie Speicherauslastung, I/O-Aktivität, Größe des oplogs sowie Verzögerungen bei Abfragen
• Ausgestaltung von Alarmen durch Festlegung von Schwellenwerten und Benachrichtigungskanälen

Praxis:

• Installation eines Monitoring-Agents lokal oder in Container-Umgebungen
• Erstellung einfacher Dashboards mit exemplarischen Messdaten
• Auslösung von Lastsituationen zur Überprüfung der Alarmreaktionen

Modul 10: Wartung, Upgrades und bewährte Praktiken (4 Std.)

Inhalt:

• Auswahl geeigneter Upgrade-Strategien für Replica Sets sowie sharded Cluster
• Datenbereinigung, Optimierung der Speicherausnutzung und Integritätsprüfungen
• Regelmäßige Auswertung der Logdateien sowie Sicherheitsaudits
• Automatisierung von Routineaufgaben: Skripte, Cronjobs, Ansible sowie Terraform
• Richtlinien zur Datenspeicherung und -archivierung

Praxis:

• Durchführung kleiner wie auch umfangreicher Upgrades in einem kontrollierten Testbereich
• Erstellung von Automatisierungsskripten für Backup- und Monitoring-Aufgaben
• Ausformulierung einer strukturierten Checkliste für regelmäßige Wartungsaufgaben

Zusammenfassung und weitere Schritte