《PostgreSQL技术内幕——原理探索》第十章 基础备份与时间点恢复

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在线数据库备份大致可分为两类:逻辑备份和物理备份。它们有着各自的优点和缺点。尽管各有优劣,但逻辑备份有一个缺点:执行需要花费太多时间。特别是对于大型数据库而言,需要花费很长时间进行备份,而从备份数据中恢复数据库可能需要更长的时间。相反的是,物理备份可以在相对较短的时间内备份和恢复大型数据库,因此在实际系统中,它是一个非常重要而实用的功能。

在PostgreSQL中,自8.0版本开始提供在线的全量物理备份,整个数据库集簇(即物理备份数据)的运行时快照称为基础备份(base backup)

PostgreSQL还在8.0版中引入了时间点恢复(Point-In-Time Recovery, PITR)。这一功能可以将数据库恢复至任意时间点,这是通过使用一个基础备份和由持续归档生成的归档日志来实现的。例如,即使你犯了一个严重的错误(例如TRUNCATE所有的表),此功能使您可以将数据库恢复至错误发生之前的时刻。

本章描述了以下主题:

  • 什么是基础备份
  • PITR的工作原理
  • 时间线标识(TimelineID)是什么
  • 时间线历史文件是什么

在7.4或更早版本中,PostgreSQL仅支持逻辑备份(全量逻辑备份、部分逻辑备份,数据导出)。

10.1 基础备份

首先,使用底层命令进行基本备份的标准过程如下所示:

  1. 发出pg_start_backup命令
  2. 使用你想用的归档命令获取数据库集簇的快照
  3. 发出pg_stop_backup命令

这个简单的过程对于DBA来说很容易操作,因为它不需要特殊工具,只需要常用工具(如复制命令或类似的归档工具)来创建基本备份。此外,在此过程中,不需要获取表上的锁,所有用户都可以在不受备份操作影响的情况下发起查询。相对于其他开源关系型数据库,这是一个巨大的优势。

更简单的方式是使用pg_basebackup命令来做基础备份,不过在它内部也是使用这些底层命令来工作的。

图10.1 制作基础备份

《PostgreSQL技术内幕——原理探索》第十章 基础备份与时间点恢复

由于这些命令对显然是理解PITR的关键点之一,我们将在以下小节中探讨它们。

pg_start_backuppg_stop_backup命令定义在:src/backend/access/transam/xlogfuncs.c

10.1.1 pg_start_backup

pg_start_backup开始为制作基础备份进行准备工作。如第9.8节所述,恢复过程从重做点开始,因此pg_start_backup必须执行检查点,以便在制作基础备份的开始时刻显式创建一个重做点。此外,这次检查点的检查点位置必须保存在不同于pg_control的其他文件中,因为在备份期间可能会进行多次常规检查点。因此pg_start_backup执行下列四个操作:

  1. 强制进入整页写入模式。
  2. 切换到当前的WAL段文件(8.4或更高版本)。
  3. 执行检查点。
  4. 创建backup_label文件 —— 该文件创建于基本目录顶层中,包含有关该基本备份本身的关键信息,例如检查点的检查点位置。

第三和第四个操作是该命令的核心。第一和第二个操作是为了更可靠地恢复数据库集簇。

备份标签backup_label文件包含以下六个项目(11或更新版本为七个项目):

  • 检查点位置(CHECKPOINT LOCATION —— 该命令所创建检查点的LSN位置。
  • WAL开始位置(START WAL LOCATION —— 这不是给PITR用的,而是为第11章描述的流复制准备的。它被命名为START WAL LOCATION,因为复制模式下的备用服务器在初始启动时只读取一次该值。
  • 备份方法(BACKUP METHOD —— 这是用于进行此基本备份的方法。 (pg_start_backuppg_basebackup
  • 备份来源(BACKUP FROM —— 说明此备份是从主库还是备库拉取。
  • 开始时间(START TIME—— 这是执行pg_start_backup时的时间戳。
  • 备份标签(LABEL —— 这是pg_start_backup中指定的标签。
  • 开始时间线(START TIMELINE —— 这是备份开始的时间线。这是为了进行正常性检查,在版本11中被引入。

备份标签

一个9.6版本中备份标签的实际例子如下所示:

可以想象,当使用此基础备份恢复数据库时,PostgreSQL从backup_label文件中取出检查点位置CHECKPOINT LOCATION,然后从归档日志中的合适位置读取检查点记录,然后从检查点记录中获取重做点的位置,最后从重做点开始进行恢复过程(下一节将介绍细节)。

10.1.2 pg_stop_backup

pg_stop_backup执行以下五个操作以完成备份。

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