数据库内核月报 - 2015 / 07

PgSQL · 特性分析 · 时间线解析

“时间线”(Timeline)是PG一个很有特色的概念,在备份恢复方面的文档里面时有出现。但针对这个概念的详细解释却很少,也让人不太好理解,我们在此仔细解析一下。

时间线的引入

为了理解引入时间线的背景,我们来分析一下,如果没有时间线,会有什么问题?先举个将数据库恢复到以前时间点的例子。假设在一个数据库的运行过程中,DBA在周三12:00AM删掉了一个关键的表,但是直到周五中午才发现这个问题。这个时候DBA拿出最初的数据库备份,加上存在归档目录的日志文件,将数据库恢复到周三11:00AM的时间点,这样就能正常启动和运行。但是,DBA后来意识到这样恢复是不对的,想恢复到周四8:00AM的数据,这时会发现无法做到:因为在数据库不断运行中,会产生与旧的WAL文件重名的文件,这些文件进入归档目录时,会覆盖原来的旧日志,导致恢复数据库需要的WAL文件丢失。为了避免这种情况,需要区分原始数据库历史生成的WAL文件和完成恢复之后继续运行产生的(重名的)新WAL文件。整个过程如图1所示:

无时间线数据库恢复

为了解决这个问题,PostgreSQL引入了时间线的概念。每当归档文件恢复完成后,创建一个新的时间线用来区别新生成的WAL记录。WAL文件名由时间线和日志序号组成,源码实现如下:

#define XLogFileName(fname, tli, log, seg)	\
    snprintf(fname, XLOG_DATA_FNAME_LEN + 1, "%08X%08X%08X", tli, log, seg)

例如:

$ ls -1
00000002.history
00000003.history
00000003000000000000001A
00000003000000000000001B

时间线ID号是WAL文件名组成之一,因此一个新的时间线不会覆盖由以前的时间线生成的WAL。如图2所示,每个时间线类似一个分支,在当前时间线的操作不会对其他时间线WAL造成影响,有了时间线,我们就可以恢复到之前的任何时间点。

有时间线数据库恢复

新时间线的出现场景

新的时间线会在什么情况下出现呢?

  1. 即时恢复(PITR)
    配置recovery.conf文件:

     restore_command = 'cp /mnt/server/archivedir/%f %p' //从归档目录恢复日志
     recovery_target_time = '2015-7-16 12:00:00 ' //指定归档时间点,如没指定恢复到故障前的最后一完成的事务
     recovery_target_timeline = 'latest' //指定归档时间线,’latest’代表最新的时间线分支,如没指定恢复到故障前的pg_control里面的时间线
     standby_mode = ‘off’ //打开后将会以备库身份启动,而不是即时恢复
    

    设置好recovery.conf文件后,启动数据库,将会产生新的timeline,而且会生成一个新的history文件。恢复的默认行为是沿着与当前基本备份相同的时间线恢复。如果你想恢复到某些时间线,你需要指定的recovery.conf目标时间线recovery_target_timeline,不能恢复到早于基本备份分支的时间点。

  2. standby promote
    搭建一个PG主备,然后停止主库,在备库机器执行:

     $ pg_ctl promote –D $PGDATA
    

    这时候备库将会升为主备,同时产生一个新的timeline,同样生成一个新的history文件。

history文件

每次创建一个新的时间线,PostgreSQL都会创建一个“时间线历史”文件,文件名类似.history,它里面的内容是由原时间线history文件的内容再追加一条当前时间线切换记录。假设数据库恢复启动后,切换到新的时间线ID=5,那么文件名就是00000005.history ,该文件记录了自己从什么时间哪个时间线什么原因分出来的,该文件可能含有多行记录,每个记录的内容格式如下:

 * <parentTLI> <switchpoint> <reason>
 *
 *      parentTLI       ID of the parent timeline
 *      switchpoint     XLogRecPtr of the WAL position where the switch happened
 *      reason          human-readable explanation of why the timeline was changed

例如:

$ cat 00000004.history
1	0/140000C8	no recovery target specified
2	0/19000060	no recovery target specified
3	0/1F000090	no recovery target specified

当数据库在从包含多个时间线的归档中恢复时,这些history文件允许系统选取正确的WAL文件,当然,它也能像WAL文件一样被归档到WAL归档目录里。历史文件只是很小的文本文件,所以保存它们的代价很小。

当我们在recovery.conf指定目标时间线tli进行恢复时,程序首先寻找.history文件,根据.history文件里面记录的时间线分支关系,找到从pg_control里面的startTLI到tli之间的所有时间线对应的日志文件,再进行恢复。

总结

PG中通过timeline机制能够方便地实现数据库恢复到任意时间点,这对我们数据库备份有重要的作用。我们可以在数据库的使用中合理地备份和归档我们的数据,一旦数据出现丢失或损坏,我们都能有条不紊的使用timeline机制恢复出来我们需要的数据。