前言

數(shù)據(jù)庫(kù)的備份工作在日常生產(chǎn)中極為重要，如果你咨詢一個(gè)DBA如何才能設(shè)計(jì)出高可用的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)方案，相信很多人都會(huì)從架構(gòu)上給出很多容災(zāi)的意見。但歸根到底,如果業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)庫(kù)還牽涉到分布式環(huán)境，我認(rèn)為一個(gè)好的方案需要達(dá)到三大要求：

• 多副本
• 持久化
• 一致性

日常架構(gòu)設(shè)計(jì)中，我們不僅要保證數(shù)據(jù)額的成功備份，還要保證備份的數(shù)據(jù)可以快速恢復(fù)。在眾多備份恢復(fù)可靠性方案中 主從復(fù)制 技術(shù)，可以說(shuō)是最常見的實(shí)現(xiàn)，本文主要是介紹postgresql主備數(shù)據(jù)庫(kù)的異步流復(fù)制的環(huán)境搭建與主備切換的操作實(shí)踐，除了能把一些基礎(chǔ)的原理運(yùn)用在日常的數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)維中，也可以加深對(duì)Postgresql數(shù)據(jù)庫(kù)的底層知識(shí)了解。

postgres在9.0之后引入了主從的流復(fù)制機(jī)制，所謂流復(fù)制，就是從服務(wù)器通過(guò)tcp流從主服務(wù)器中同步相應(yīng)的數(shù)據(jù)。這樣當(dāng)主服務(wù)器數(shù)據(jù)丟失時(shí)從服務(wù)器中仍有備份。

與基于文件日志傳送相比，流復(fù)制允許保持從服務(wù)器更新。 從服務(wù)器連接主服務(wù)器，其產(chǎn)生的流WAL記錄到從服務(wù)器， 而不需要等待主服務(wù)器寫完WAL文件。

PostgreSQL流復(fù)制默認(rèn)是異步的。在主服務(wù)器上提交事務(wù)和從服務(wù)器上變化可見之間有一個(gè)小的延遲，這個(gè)延遲遠(yuǎn)小于基于文件日志傳送，通常1秒能完成。如果主服務(wù)器突然崩潰，可能會(huì)有少量數(shù)據(jù)丟失。

同步復(fù)制必須等主服務(wù)器和從服務(wù)器都寫完WAL后才能提交事務(wù)。這樣在一定程度上會(huì)增加事務(wù)的響應(yīng)時(shí)間。

下面的學(xué)習(xí)與實(shí)踐主要針對(duì)PostgreSQL的異步流復(fù)制（本文沒有涉及到同步復(fù)制、邏輯復(fù)制等，如果大家想了解其它的備份方案，可以閱讀相關(guān)官方文檔或其他資料介紹）。

異步流復(fù)制的中心思想是：主庫(kù)上提交事務(wù)時(shí)不需要等待備庫(kù)接收WAL日志流并寫入到備庫(kù)WAL日志文件時(shí)便返回成功，因此異步流復(fù)制的TPS會(huì)相對(duì)同步流復(fù)制要高，延遲更低。

環(huán)境準(zhǔn)備

主要目錄規(guī)范：

• 數(shù)據(jù)目錄： /data/pg10/pg_root
• 表空間目錄： /data/pg10/pg_tbs
• 應(yīng)用程序目錄： /apps/svr/pgsql

要注意的是：編譯安裝Pg我們使用的是root賬戶，但是一般情況下，我們對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的部署操作等應(yīng)該使用非root的pg超級(jí)管理員賬戶，所以需要我們預(yù)先創(chuàng)建相關(guān)用戶和目錄，并設(shè)置相關(guān)權(quán)限：

$ groupadd postgres

$ useradd postgres -g postgres

$ passwd postgres

$ mkdir -p /data/pg10/pg_root

$ mkdir -p /data/pg10/tbs

$ chown -R postgres:postgres /data/pg10

實(shí)驗(yàn)用的postgresql為10.0版本

pghost1 和 pghost2 分別下載該版本的源碼安裝包

wget https://ftp.postgresql.org/pub/source/v10.0/postgresql-10.0.tar.gz

下載后進(jìn)行解壓

tar -zxvf postgresql-10.0.tar.gz

安裝前依賴

由于 configure過(guò)程中依賴操作系統(tǒng)包zlib、readline等，所以我實(shí)用yum預(yù)先安裝：

yum groupinstall "Development tools”

yum install -y bison flex readline readline-devel zlib zlib-devel

主備庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)安裝

安裝前，我們先分別對(duì)pghost1 和 pghost2創(chuàng)建postgresql的偏好環(huán)境變量

vi /etc/profile.d/pgsql.sh

追加以下內(nèi)容：

export PGPORT=1921
export PGUSER=postgres
export PGDATA=/data/pg10/pg_root
export LANG=en_US.utf8
export PGHOME=/apps/svr/pgsql
export LD_LIBRARY_PATH=$PGHOME/lib:/lib64:/usr/lib64:/usr/local/lib64:/lib:/usr/lib:/usr/local/lib
export PATH=$PGHOME/bin:$PATH:.
export MANPATH=$PGHOME/share/man:$MANPATH

alias rm='rm -i'
alias ll='ls -lh'

保存文件，并讓環(huán)境變量生效:

source /etc/profile.d/pgsql.sh

再進(jìn)入剛剛解壓的 postgresql-10.0 目錄中，執(zhí)行以下命令：

./configure —prefix=/apps/svr/pgsql_10.0/ --with-pgport=1921

之后進(jìn)行編譯安裝：

gmake

gmake install

安裝完成后，我們可以使用以下命令確認(rèn)是否安裝成功：

$ postgres --version

postgres (PostgreSQL) 10.0

復(fù)制功能部署

在啟動(dòng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)搭建主從結(jié)構(gòu)前，有幾個(gè)比較重要的配置文件需要我們額外地進(jìn)行創(chuàng)建與設(shè)置的,它們分別是：

• postgreql.conf
• pg_hba.conf
• recovery.conf
• .pgpass

下面我們會(huì)在實(shí)踐中，具體地對(duì)上述的文件的配置進(jìn)行相關(guān)說(shuō)明

上一節(jié)，我們編譯安裝好了postgresql，我們接下來(lái)切換操作用戶

su postgresql

然后使用initdb工具初始化數(shù)據(jù)庫(kù)：

echo "123456" >> /data/pg10/pgpass

initdb -D /data/pg10/pg_root -E UTF8 --locale=C -U postgres --pwfile=/data/pg10/pgpass

執(zhí)行上述命令后，在/data/pg10/pg_root目錄下會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件，

PG_VERSION pg_dynshmem pg_multixact pg_snapshots pg_tblspc postgresql.auto.conf
base  pg_hba.conf pg_notify pg_stat pg_twophase postgresql.conf
global pg_ident.conf pg_replslot pg_stat_tmp pg_wal
pg_commit_ts pg_logical pg_serial pg_subtrans pg_xact

之后我們開始配置 /data/pg10/pg_root/postgresql.conf，修改以下幾個(gè)關(guān)鍵項(xiàng)：

listen_addresses = '*'
wal_level = replica  
archive_mode = on  
archive_command = '/bin/date' 
max_wal_senders = 10  
wal_keep_segments = 512
hot_standby = on

注：主庫(kù)和備庫(kù)的 /data/pg10/pg_root/postgresql.conf 配置建議完全一致

接下來(lái)我們?cè)?備庫(kù) 上配置 /data/pg10/pg_root/pg_hba.conf

host replication repuser  172.17.0.2/32  md5
host replication repuser  172.17.0.5/32  md5

其實(shí)最好主庫(kù)也配置一份，因?yàn)橹鲙?kù)和備庫(kù)的角色不是靜止的，在手動(dòng)或庫(kù)出現(xiàn)故障情況下，它們的角色會(huì)互相更換。

之后，我們先啟動(dòng)主庫(kù) pghost1了 (記得切換到postgres用戶)：

$ pg_ctl start -D $PGDATA

...
...
database system is ready to accept connections
 done
server started

使用PostgreSQL的超級(jí)管理員postgres登錄到創(chuàng)建流復(fù)制用戶repuser，流復(fù)制用戶需要有 REPLICATION權(quán)限和LOGIN權(quán)限

$ psql -U postgres -p 1921
psql (10.0)
Type "help" for help.

postgres=# CREATE USER repuser REPLICATION LOGIN CONNECTION LIMIT 5 ENCRYPTED PASSWORD 'domac123';

CREATE ROLE

以上命令基本完成主庫(kù)上的配置，接下來(lái)我們需要熱備生成一個(gè)備庫(kù)，制作備庫(kù)過(guò)程中主庫(kù)仍然可以讀寫，不影響業(yè)務(wù)，我們?cè)谥鲙?kù)上創(chuàng)建備份任務(wù)：

postgres=# select pg_start_backup('domacli_bak');

 pg_start_backup
-----------------
 0/2000060
(1 row)

pg_start_backup() 函數(shù)會(huì)在主庫(kù)上發(fā)起一個(gè)在線備份，命令執(zhí)行后，將數(shù)據(jù)文件壓縮拷貝到備份節(jié)點(diǎn)上:

$ tar czvf pg_root.tar.gz pg_root --exclude=pg_root/pg_wal

$ scp pg_root.tar.gz postgres@172.17.0.5:/data/pg10

pg_wal目錄不是必須復(fù)制的，可以排除這個(gè)目錄，以節(jié)省空間，然后我們回到備庫(kù)的/data/pg10下，執(zhí)行主庫(kù)備份文件的解壓：

$ tar xvf pg_root.tar.gz

解壓后，我們回到主節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行停止備份命令，結(jié)束這次備份流程

postgres=# select pg_stop_backup();

NOTICE: pg_stop_backup complete, all required WAL segments have been archived
 pg_stop_backup
----------------
 0/2000168
(1 row)

以上的命令表示完成在線備份，但備庫(kù)上扔需要做一些配置，我們回到備庫(kù)上，配置 /data/pg10/pg_root/recovery.conf文件，如果該文件不存在，可以執(zhí)行以下命令，在軟件目錄中復(fù)制一個(gè)：

cp $PGHOME/share/recovery.conf.sample /data/pg10/pg_root/recovery.conf

備庫(kù)的 recovery.conf 配置以下參數(shù)

recovery_target_timeline = 'latest'
standby_mode = on
primary_conninfo = 'host=172.17.0.2 port=1921 user=repuser'

主要觀察recovery.conf中的參數(shù)primary_conninfo 中的 user=repuser, 還記得我們前面在主庫(kù)上創(chuàng)建的流傳輸用戶repuser嗎？由于主備直接數(shù)據(jù)同步需要在用戶下執(zhí)行操作，而主庫(kù)上我們創(chuàng)建repuser的時(shí)候，為了安全我設(shè)置了密碼, 但recovery.conf我們沒有配置明文密碼，那么程序的密碼如何獲得呢？

我們建議把密碼設(shè)置在 ~/.pgpass中：

你也可以直接在上面的recovery.conf 設(shè)置 primary_conninfo = ‘host=172.17.0.2 port=1921 user=repuser password=domac123', 但這樣會(huì)有安全風(fēng)險(xiǎn)

$ cd ~
$ touch .pgpass
$ chmod 0600 .pgpass

填寫以下內(nèi)容：

172.17.0.2:1921:replication:repuser:domac123
172.17.0.5:1921:replication:repuser:domac123

好了，當(dāng)這些備注都就緒之后，我們可以開始啟動(dòng)我們的備庫(kù)了：

$ pg_ctl start

...

database system is ready to accept read only connections
 done
server started

如果備庫(kù)正常啟動(dòng)，我們可以在主備兩庫(kù)上觀察WAL發(fā)生與接收進(jìn)程是否都同時(shí)工作，以確認(rèn)異步流工作是否正常工作

主庫(kù)上：

ps -ef | grep wal

postgres 6939 6935 0 23:16 ? 00:00:00 postgres: wal writer process
postgres 6983 6935 0 23:42 ? 00:00:00 postgres: wal sender process repuser 172.17.0.5(45910) streaming 0/3000140

備庫(kù)上：

ps -ef | grep wal

postgres 26481 26479 0 23:42 ? 00:00:00 postgres: wal receiver process streaming 0/3000140
postgres 26486 26448 0 23:42 ? 00:00:00 grep --color=auto wal

使用 pg_basebackup 方式部署流復(fù)制

接下來(lái)，介紹一種操作相對(duì)簡(jiǎn)潔的方式，上述我們配置操作所牽涉到的主要步驟有：

• pg_start_backup
• 兩臺(tái)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)拷貝
• pg_stop_backup

以上三個(gè)步驟可以合成一步完成，PostgreSQL提供內(nèi)置的pg_basebackup命令行工具支持對(duì)主庫(kù)發(fā)起一個(gè)在線基準(zhǔn)備份，并自動(dòng)進(jìn)入備份模式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)基準(zhǔn)備份，備份完成后自動(dòng)從備份模式退出，不需要執(zhí)行額外的pg_start_backup 和pg_stop_backup 命令顯式地聲明進(jìn)入備份模式和退出備份模式，pg_basebackup工具是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例級(jí)進(jìn)行的物理備份，因此這個(gè)工具通常作為備份工具對(duì)據(jù)庫(kù)進(jìn)行基準(zhǔn)備份

pg_basebackup工具發(fā)起備份需要超級(jí)用戶權(quán)限或REPLICATION權(quán)限，注意max_wal_senders參數(shù)配置，因?yàn)閜g_basebackup工具將消耗至少一個(gè)WAL發(fā)送進(jìn)程。本節(jié)將演示通過(guò)pg_basebackup工具部署異步流復(fù)制，之前已經(jīng)在pghost2上部署了一個(gè)備庫(kù)，我們先將這個(gè)備庫(kù)刪除，之后通過(guò)pg_basebackup工具重新做一次備庫(kù)，刪除pghost2上的備庫(kù)只需要先停備庫(kù)之后刪除備庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)文件即可，如下所示：

進(jìn)入pghost2服務(wù)器上（172.17.0.5）

$ pg_ctl stop -m fast
waiting for server to shut down.... done
server stopped

$ rm -rf $PGDATA
$ rm -rf /data/pg10/pg_tbs

接下來(lái)，在pghost2上，使用pg_basebackup觸發(fā)基準(zhǔn)備份

pg_basebackup -D $PGDATA -Fp -Xs -v -P -h 172.17.0.2 -p 1921 -U repuser -W

執(zhí)行后，會(huì)看到相關(guān)的日志輸出

pg_basebackup: initiating base backup, waiting for checkpoint to complete
pg_basebackup: checkpoint completed
pg_basebackup: write-ahead log start point: 0/20007A8 on timeline 1
pg_basebackup: starting background WAL receiver
22655/22655 kB (100%), 1/1 tablespace
pg_basebackup: write-ahead log end point: 0/2000888
pg_basebackup: waiting for background process to finish streaming ...
pg_basebackup: base backup completed

從以上日志信息看出pg_basebackup命令首先對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)做一次checkpoint，之后基于時(shí)間點(diǎn)做一個(gè)全庫(kù)基準(zhǔn)備份，全備過(guò)程中會(huì)拷貝$PGDATA數(shù)據(jù)文件和表空間文件到備庫(kù)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)目錄

最后，跟之前使用pg_start_backup的方式一樣，備庫(kù)記得配置recovery.conf

recovery_target_timeline = 'latest'
standby_mode = on
primary_conninfo = 'host=172.17.0.2 port=1921 user=repuser password=domac123'

如果也配置了pgpass文件，可以使用下屬的配置：

recovery_target_timeline = 'latest'
standby_mode = on
primary_conninfo = 'host=172.17.0.2 port=1921 user=repuser'

到此為止，主備的配置基本完成，當(dāng)然，穩(wěn)妥起見，我們最好多動(dòng)手動(dòng)手，嘗試在主庫(kù)上創(chuàng)建并插入數(shù)據(jù)，觀察備庫(kù)上是否同步這些操作，我們?cè)僦鲙?kù)上創(chuàng)建一張表：

postgres=# create table test_ms(id int4);

CREATE TABLE

postgres=# insert into test_ms values(6);

INSERT 0 1

主庫(kù)上，我們創(chuàng)建test_ms表，并插入了一條數(shù)據(jù)，我們就可以在備庫(kù)上進(jìn)行查詢觀察是否同步成功：

postgres=# select * from test_ms;
 id
----
 6
(1 row)

接下來(lái)，我們?cè)僦鲙?kù)上，再操作

postgres=# insert into test_ms values(9);
INSERT 0 1

postgres=# delete from test_ms where id=6;
DELETE 1

這個(gè)時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)備庫(kù)的數(shù)據(jù)也都正常同步上了：

postgres=# select * from test_ms;
 id
----
 9
(1 row)

那么我們?nèi)绻趥浞萆线M(jìn)行數(shù)據(jù)操作，情況會(huì)怎樣呢？我們?cè)賯浞萆蠄?zhí)行：

postgres=# insert into test_ms values(6);

ERROR: cannot execute INSERT in a read-only transaction
STATEMENT: insert into test_ms values(6);
ERROR: cannot execute INSERT in a read-only transaction

觀察這些錯(cuò)誤日志，我們可以了解到，異步流主從結(jié)構(gòu)中，作為從節(jié)點(diǎn)的備庫(kù)目前處于的是只讀狀態(tài)，它不能進(jìn)行任何寫入操作。

主備切換

前面介紹了流復(fù)制的部署，但要注意的是主庫(kù)和備庫(kù)的角色不是靜態(tài)存在的，在維護(hù)過(guò)程中可以對(duì)兩者的進(jìn)行角色的切換，舉個(gè)例子，當(dāng)主庫(kù)掛掉的時(shí)候，需要迅速進(jìn)行主備切換，讓備庫(kù)升級(jí)為主庫(kù)，原主庫(kù)降級(jí)到備庫(kù)，主備切換是PostgreSQL高可用的基礎(chǔ)，下面就介紹相關(guān)的操作。

postgresql 9.0版本流復(fù)制只能通過(guò)創(chuàng)建文件方式進(jìn)行主備切換，9.1后，開始支持使用pg_ctl promote觸發(fā)方式，相比文件觸發(fā)方式操作更方便

操作前，我們先介紹一個(gè)系統(tǒng)函數(shù)查用來(lái)判斷主備角色的方法：

postgres=# select pg_is_in_recovery();
 pg_is_in_recovery
-------------------
 f
(1 row)

如果返回 f 說(shuō)明是主庫(kù)，返回 t 說(shuō)明是備庫(kù)

pg_ctl promote 切換方式

我們使用以下的步驟進(jìn)行主備切換：

1、關(guān)閉主庫(kù)，建議使用 -m fast 模式關(guān)閉

$ pg_ctl stop -m fast

2、在備庫(kù)上執(zhí)行pg_ctl promote命令激活備庫(kù)，如果recovery.conf變成recovery.done表示備庫(kù)已切換成主庫(kù)

pg_ctl promote -D $PGDATA
waiting for server to promote....2018-09-30 00:10:30.222 UTC [26480] LOG: received promote request
LOG: redo done at 0/4000028
LOG: last completed transaction was at log time 2018-09-29 23:50:52.502513+00
LOG: selected new timeline ID: 2
LOG: archive recovery complete
LOG: database system is ready to accept connections
Sun Sep 30 00:10:30 UTC 2018
Sun Sep 30 00:10:30 UTC 2018
 done
server promoted

命令執(zhí)行后，如果原來(lái)的 recovery.conf 更名為 recovery.done, 表示切換成功

3、這時(shí)如果需要將老的主庫(kù)切換成備庫(kù)，在老的主庫(kù)的$PGDATA目錄下也創(chuàng)建recovery.conf文件（創(chuàng)建方式跟之前介紹的一樣，內(nèi)容可以和原從庫(kù)pghost2的一樣，只是primary_conninfo的IP換成對(duì)端pghost2的IP）

例如，主庫(kù)上的 recovery.conf 設(shè)置為：

recovery_target_timeline = 'latest'
standby_mode = on
primary_conninfo = 'host=172.17.0.5 port=1921 user=repuser password=domac123'

如果要求更高的安全性，可以參考如下配置：

recovery_target_timeline = 'latest'
standby_mode = on
primary_conninfo = 'host=172.17.0.5 port=1921 user=repuser'

與此同時(shí)，和原備庫(kù)pghost2一樣，我們建議把repuser的密碼設(shè)置在pghost1 ~/.pgpass中：

$ cd ~
$ touch .pgpass
$ chmod 0600 .pgpass

填寫以下內(nèi)容：

172.17.0.2:1921:replication:repuser:domac123
172.17.0.5:1921:replication:repuser:domac123

4、啟動(dòng)老的主庫(kù)pghost1，這時(shí)觀察主、備進(jìn)行是否正常，嚴(yán)格點(diǎn)可以在新的主庫(kù)上對(duì)剛才的test_ms表進(jìn)行操作，觀察數(shù)據(jù)是否同步成功。

pg_ctl start

我們?cè)谛轮鲙?kù)（pghost2）上執(zhí)行：

postgres=# select pg_is_in_recovery();
 pg_is_in_recovery
-------------------
 f
(1 row)

發(fā)現(xiàn)它目前的角色已經(jīng)是主庫(kù)了， 在新備庫(kù)（pghost1）上繼續(xù)執(zhí)行：

postgres=# select pg_is_in_recovery();
 pg_is_in_recovery
-------------------
 t
(1 row)

發(fā)現(xiàn)它目前的角色也已經(jīng)切換為備庫(kù)了

我們?cè)賞ghost2上，執(zhí)行數(shù)據(jù)插入操作：

postgres=# insert into test_ms values(11);
INSERT 0 1

這時(shí)，pghost1上也觀察到數(shù)據(jù)同步成功：

postgres=# select * from test_ms;
 id
----
 9
 11
(2 rows)

到這里為止，主從切換的演練基本完成了

總結(jié)

異步流復(fù)制模式中，主庫(kù)提交的事務(wù)不會(huì)等待備庫(kù)接收WAL日志流并返回確認(rèn)信息，因此異步流復(fù)制模式下主庫(kù)與備庫(kù)的數(shù)據(jù)版本上會(huì)存在一定的處理延遲，延遲的時(shí)間主要受主庫(kù)壓力、備庫(kù)主機(jī)性能、網(wǎng)絡(luò)帶寬等影響，當(dāng)正常情況下，主備的延遲通常在毫秒級(jí)的范圍內(nèi)，當(dāng)主庫(kù)宕機(jī)，這個(gè)延遲就主要受到故障發(fā)現(xiàn)與切換時(shí)間的影響而拉長(zhǎng)，不過(guò)雖然如此，這些數(shù)據(jù)延遲的問(wèn)題，可以從架構(gòu)或相關(guān)自動(dòng)化運(yùn)維手段不斷優(yōu)化設(shè)置。

好了，以上就是這篇文章的全部?jī)?nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對(duì)大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問(wèn)大家可以留言交流，謝謝大家對(duì)腳本之家的支持。