25.3. Непрерывное архивирование и восстановление на момент времени (Point-in-Time Recovery, PITR)
Всё время в процессе работы Postgres Pro ведёт журнал предзаписи (WAL), который расположен в подкаталоге pg_wal/ каталога с данными кластера баз данных. В этот журнал записываются все изменения, вносимые в файлы данных. Прежде всего, журнал существует для безопасного восстановления после краха сервера: если происходит крах, целостность СУБД может быть восстановлена в результате «воспроизведения» записей, зафиксированных после последней контрольной точки. Однако наличие журнала делает возможным использование третьей стратегии копирования баз данных: можно сочетать резервное копирование на уровне файловой системы с копированием файлов WAL. Если потребуется восстановить данные, мы можем восстановить копию файлов, а затем воспроизвести журнал из скопированных файлов WAL, и таким образом привести систему в нужное состояние. Такой подход более сложен для администрирования, чем любой из описанных выше, но он имеет значительные преимущества:
В качестве начальной точки для восстановления необязательно иметь полностью согласованную копию на уровне файлов. Внутренняя несогласованность копии будет исправлена при воспроизведении журнала (практически то же самое происходит при восстановлении после краха). Таким образом, согласованный снимок файловой системы не требуется, вполне можно использовать tar или похожие средства архивации.
Поскольку при воспроизведении можно обрабатывать неограниченную последовательность файлов WAL, непрерывную резервную копию можно получить, просто продолжая архивировать файлы WAL. Это особенно ценно для больших баз данных, полные резервные копии которых делать как минимум неудобно.
Воспроизводить все записи WAL до самого конца нет необходимости. Воспроизведение можно остановить в любой точке и получить целостный снимок базы данных на этот момент времени. Таким образом, данная технология поддерживает восстановление на момент времени: можно восстановить состояние базы данных на любое время с момента создания резервной копии.
Если непрерывно передавать последовательность файлов WAL другому серверу, получившему данные из базовой копии того же кластера, получается система тёплого резерва: в любой момент мы можем запустить второй сервер и он будет иметь практически текущую копию баз данных.
Примечание
Программы pg_dump и pg_dumpall не создают копии на уровне файловой системы и не могут применяться как часть решения по непрерывной архивации. Создаваемые ими копии являются логическими и не содержат информации, необходимой для воспроизведения WAL.
Как и обычное резервное копирование файловой системы, этот метод позволяет восстанавливать только весь кластер баз данных целиком, но не его части. Кроме того, для архивов требуется большое хранилище: базовая резервная копия может быть объёмной, а нагруженные системы будут генерировать многие мегабайты трафика WAL, который необходимо архивировать. Тем не менее этот метод резервного копирования предпочитается во многих ситуациях, где необходима высокая надёжность.
Для успешного восстановления с применением непрерывного архивирования (также называемого «оперативным резервным копированием» многими разработчиками СУБД), вам необходима непрерывная последовательность заархивированных файлов WAL, начинающаяся не позже, чем с момента начала копирования. Так что для начала вы должны настроить и протестировать процедуру архивирования файлов WAL до того, как получите первую базовую копию. Соответственно, сначала мы обсудим механику архивирования файлов WAL.
25.3.1. Настройка архивирования WAL
В абстрактном смысле, запущенная СУБД Postgres Pro производит неограниченно длинную последовательность записей WAL. СУБД физически делит эту последовательность на файлы-сегменты WAL, которые обычно имеют размер в 16 МиБ (хотя размер сегмента может быть изменён при сборке Postgres Pro). Файлы-сегменты получают цифровые имена, которые отражают их позицию в абстрактной последовательности WAL. Когда архивирование WAL не применяется, система обычно создаёт только несколько файлов-сегментов и затем «перерабатывает» их, меняя номер в имени более не нужного файла-сегмента на больший. Предполагается, что файлы-сегменты, чьё содержимое предшествует последней контрольной точке, уже не представляют интереса и могут быть переработаны.
При архивировании данных WAL необходимо считывать содержимое каждого файла-сегмента, как только он заполняется, и сохранять эти данные куда-то, прежде чем файл-сегмент будет переработан и использован повторно. В зависимости от применения и доступного аппаратного обеспечения, возможны разные способы «сохранить данные куда-то»: можно скопировать файлы-сегменты в смонтированный по NFS каталог на другую машину, записать их на ленту (убедившись, что у вас есть способ идентифицировать исходное имя каждого файла) или собрать их в пакет и записать на CD, либо какие-то совсем другие варианты. Чтобы у администратора баз данных была гибкость в этом плане, Postgres Pro пытается не делать каких-либо предположений о том, как будет выполняться архивация. Вместо этого, Postgres Pro позволяет администратору указать команду оболочки, которая будет запускаться для копирования завершённого файла-сегмента в нужное место. Эта команда может быть простой как cp, а может вызывать сложный скрипт оболочки — это решать вам.
Чтобы включить архивирование WAL, установите в параметре конфигурации wal_level уровень replica (или выше), в archive_mode — значение on, и задайте желаемую команду оболочки в параметре archive_command. На практике эти параметры всегда задаются в файле postgresql.conf. В archive_command символы %p заменяются полным путём к файлу, подлежащему архивации, а %f заменяются только именем файла. (Путь задаётся относительно текущего рабочего каталога, т. е. каталога данных кластера). Если в команду нужно включить сам символ %, запишите %%. Простейшая команда, которая может быть полезна:
archive_command = 'test ! -f /mnt/server/archivedir/%f && cp %p /mnt/server/archivedir/%f' # Unix archive_command = 'copy "%p" "C:\\server\\archivedir\\%f"' # Windows
Она будет копировать архивируемые сегменты WAL в каталог /mnt/server/archivedir. (Команда дана как пример, а не как рекомендация, и может работать не на всех платформах.) После замены параметров %p и %f фактически запускаемая команда может выглядеть так:
test ! -f /mnt/server/archivedir/00000001000000A900000065 && cp pg_wal/00000001000000A900000065 /mnt/server/archivedir/00000001000000A900000065
Подобная команда будет генерироваться для каждого следующего архивируемого файла.
Команда архивирования будет запущена от имени того же пользователя, от имени которого работает сервер Postgres Pro. Поскольку архивируемые последовательности файлов WAL фактически содержат всё, что есть в вашей базе данных, вам нужно будет защитить архивируемые данные от посторонних глаз; например, сохраните архив в каталог, чтение которого запрещено для группы и остальных пользователей.
Важно, чтобы команда архивирования возвращала нулевой код завершения, если и только если она завершилась успешно. Получив нулевой результат, Postgres Pro будет полагать, что файл успешно заархивирован и удалит его или переработает. Однако ненулевой код состояния скажет Postgres Pro, что файл не заархивирован; попытки заархивировать его будут периодически повторяться, пока это не удастся.
Команда архивирования обычно разрабатывается так, чтобы не допускать перезаписи любых существующих архивных файлов. Это важная мера безопасности, позволяющая сохранить целостность архива в случае ошибки администратора (например, если архивируемые данные двух разных серверов будут сохраняться в одном каталоге).
Рекомендуется протестировать команду архивирования, чтобы убедиться, что она действительно не перезаписывает существующие файлы и что она возвращает ненулевое состояние в этом случае. В показанной выше команде для Unix для этого добавлен отдельный шаг test. На некоторых платформах Unix у cp есть ключ -i, который позволяет сделать то же, но менее явно; но не проверив, какой код состояния при этом возвращается, полагаться на этот ключ не следует. (В частности, GNU cp возвратит нулевой код состояния, если используется ключ -i и целевой файл существует, а это не то, что нужно.)
Разрабатывая схему архивирования, подумайте, что произойдёт, если команда архивирования начнёт постоянно выдавать ошибку, потому что требуется вмешательство оператора или для архивирования не хватает места. Например, это может произойти, если вы записываете архивы на ленточное устройство без механизма автозамены; когда лента заполняется полностью, больше ничего архивироваться не будет, пока вы не замените кассету. Вы должны убедиться, что любые возникающие ошибки или обращения к человеку (оператору) обрабатываются так, чтобы проблема решалась достаточно быстро. Пока она не разрешится, каталог pg_wal/ продолжит наполняться файлами-сегментами WAL. (Если файловая система, в которой находится каталог pg_wal/ заполнится до конца, Postgres Pro завершит свою работу аварийно. Зафиксированные транзакции не потеряются, но база данных не будет работать, пока вы не освободите место.)
Не важно, с какой скоростью работает команда архивирования, если только она не ниже средней скорости, с которой сервер генерирует записи WAL. Обычно работа продолжается, даже если процесс архивирования немного отстаёт. Если же архивирование отстаёт значительно, это приводит к увеличению объёма данных, которые могут быть потеряны в случае аварии. При этом каталог pg_wal/ будет содержать большое количество ещё не заархивированных файлов-сегментов, которые в конце концов могут занять всё доступное дисковое пространство. Поэтому рекомендуется контролировать процесс архивации и следить за тем, чтобы он выполнялся как задумано.
При написании команды архивирования вы должны иметь в виду, что имена файлов для архивирования могут иметь длину до 64 символов и содержать любые комбинации из цифр, точек и букв ASCII. Сохранять исходный относительный путь (%p) необязательно, но необходимо сохранять имя файла (%f).
Обратите внимание, что хотя архивирование WAL позволяет сохранить любые изменения данных, произведённые в базе данных Postgres Pro, оно не затрагивает изменения, внесённые в конфигурационные файлы (такие как postgresql.conf, pg_hba.conf и pg_ident.conf), поскольку эти изменения выполняются вручную, а не через SQL. Поэтому имеет смысл разместить конфигурационные файлы там, где они будут заархивированы обычными процедурами копирования файлов. Как перемещать конфигурационные файлы, рассказывается в Разделе 19.2.
Команда архивирования вызывается, только когда сегмент WAL заполнен до конца. Таким образом, если сервер постоянно генерирует небольшой трафик WAL (или есть продолжительные периоды, когда это происходит), между завершением транзакций и их безопасным сохранением в архиве может образоваться большая задержка. Чтобы ограничить время жизни неархивированных данных, можно установить archive_timeout, чтобы сервер переключался на новый файл сегмента WAL как минимум с заданной частотой. Заметьте, что неполные файлы, архивируемые досрочно из-за принудительного переключения по тайм-ауту, будут иметь тот же размер, что и заполненные файлы. Таким образом, устанавливать очень маленький archive_timeout неразумно — это приведёт к неэффективному заполнению архива. Обычно подходящее значение archive_timeout — минута или около того.
Также вы можете принудительно переключить сегмент WAL вручную с помощью pg_switch_wal, если хотите, чтобы только что завершённая транзакция заархивировалась как можно скорее. Другие полезные функции, относящиеся к управлению WAL, перечисляются в Таблице 9.79.
Когда wal_level имеет значение minimal, некоторые команды SQL выполняются в обход журнала WAL, как описывается в Подразделе 14.4.7. Если архивирование или потоковая репликация были включены во время выполнения таких операторов, WAL не будет содержать информацию, необходимую для восстановления. (На восстановление после краха это не распространяется). Поэтому wal_level можно изменить только при запуске сервера. Однако для изменения команды archive_command достаточно перезагрузить файл конфигурации. Если вы хотите на время остановить архивирование, это можно сделать, например, задав в качестве значения archive_command пустую строку (''). В результате файлы WAL будут накапливаться в каталоге pg_wal/, пока не будет восстановлена действующая команда archive_command.
25.3.2. Создание базовой резервной копии
Проще всего получить базовую резервную копию, используя программу pg_basebackup. Эта программа сохраняет базовую копию в виде обычных файлов или в архиве tar. Если гибкости pg_basebackup не хватает, вы также можете получить базовую резервную копию, используя низкоуровневый API (см. Подраздел 25.3.3).
Продолжительность создания резервной копии обычно не имеет большого значения. Однако если вы эксплуатируете сервер с отключённым режимом full_page_writes, вы можете заметить падение производительности в процессе резервного копирования, так как режим full_page_writes включается принудительно на время резервного копирования.
Чтобы резервной копией можно было пользоваться, нужно сохранить все файлы сегментов WAL, сгенерированные во время и после копирования файлов. Для облегчения этой задачи, процесс создания базовой резервной копии записывает файл истории резервного копирования, который немедленно сохраняется в области архивации WAL. Данный файл получает имя по имени файла первого сегмента WAL, который потребуется для восстановления скопированных файлов. Например, если начальный файл WAL назывался 0000000100001234000055CD, файл истории резервного копирования получит имя 0000000100001234000055CD.007C9330.backup. (Вторая часть имени файла обозначает точную позицию внутри файла WAL и обычно может быть проигнорирована.) Как только вы заархивировали копии файлов данных и файлов сегментов WAL, полученных в процессе копирования (по сведениям в файле истории резервного копирования), все заархивированные сегменты WAL с именами, меньшими по номеру, становятся ненужными для восстановления файловой копии и могут быть удалены. Но всё же рассмотрите возможность хранения нескольких наборов резервных копий, чтобы быть абсолютно уверенными, что вы сможете восстановить ваши данные.
Файл истории резервного копирования — это просто небольшой текстовый файл. В него записывается метка, которая была передана pg_basebackup, а также время и текущие сегменты WAL в момент начала и завершения резервной копии. Если вы связали с данной меткой соответствующий файл дампа, то заархивированного файла истории достаточно, чтобы найти файл дампа, нужный для восстановления.
Поскольку необходимо хранить все заархивированные файлы WAL с момента последней базовой резервной копии, интервал базового резервного копирования обычно выбирается в зависимости от того, сколько места может быть выделено для архива файлов WAL. Также стоит отталкиваться от того, сколько вы готовы ожидать восстановления, если оно понадобится — системе придётся воспроизвести все эти сегменты WAL, а этот процесс может быть долгим, если с момента последней базовой копии прошло много времени.
25.3.3. Создание базовой резервной копии через низкоуровневый API
Процедура создания базовой резервной копии с использованием низкоуровневого API содержит чуть больше шагов, чем метод pg_basebackup, но всё же относительно проста. Очень важно, чтобы эти шаги выполнялись по порядку, и следующий шаг выполнялся, только если предыдущий успешен.
Резервное копирование на низком уровне можно произвести в монопольном или немонопольном режиме. Рекомендуется применять немонопольный метод, а монопольный считается устаревшим и в конце концов будет ликвидирован.
25.3.3.1. Немонопольное резервное копирование на низком уровне
Немонопольное резервное копирование позволяет параллельно запускать другие процессы копирования (используя тот же API или pg_basebackup).
Убедитесь, что архивирование WAL включено и работает.
Подключитесь к серверу (к любой базе данных) как пользователь с правами на выполнение pg_start_backup (суперпользователь или пользователь, которому дано право EXECUTE для этой функции) и выполните команду:
SELECT pg_start_backup('label', false, false);где
label— любая метка, по которой можно однозначно идентифицировать данную операцию резервного копирования. Соединение, через которое вызываетсяpg_start_backup, должно поддерживаться до окончания резервного копирования, иначе этот процесс будет автоматически прерван.По умолчанию
pg_start_backupможет выполняться длительное время. Это объясняется тем, что функция выполняет контрольную точку, а операции ввода/вывода, требуемые для этого, распределяются в интервале времени, по умолчанию равном половине интервала между контрольными точками (см. параметр checkpoint_completion_target). Обычно это вполне приемлемо, так как при этом минимизируется влияние на выполнение других запросов. Если же вы хотите начать резервное копирование максимально быстро, передайте во втором параметреtrue. В этом случае контрольная точка будет выполнена немедленно без ограничения объёма ввода/вывода.Третий параметр, имеющий значение
false, указываетpg_start_backupначать немонопольное базовое копирование.Скопируйте файлы, используя любое удобное средство резервного копирования, например, tar или cpio (не pg_dump или pg_dumpall). В процессе копирования останавливать работу базы данных не требуется, это ничего не даёт. В Подразделе 25.3.3.3 описано, что следует учитывать в процессе копирования.
Через то же подключение, что и раньше, выполните команду:
SELECT * FROM pg_stop_backup(false, true);
При этом сервер выйдет из режима резервного копирования. Ведущий сервер вместе с этим автоматически переключится на следующий сегмент WAL. На ведомом автоматическое переключение сегментов WAL невозможно, поэтому вы можете выполнить
pg_switch_walна ведущем, чтобы произвести переключение вручную. Такое переключение позволяет получить готовый к архивированию последний сегмент WAL, записанный в процессе резервного копирования.Функция
pg_stop_backupвозвратит одну строку с тремя значениями. Второе из них нужно записать в файлbackup_labelв корневой каталог резервной копии. Третье значение, если оно не пустое, должно быть записано в файлtablespace_map. Эти файлы крайне важны для восстановления копии и должны записываться байт за байтом без изменений, для чего может потребоваться открыть файл в двоичном редакторе.После этого останется заархивировать файлы сегментов WAL, активных во время создания резервной копии, и процедура резервного копирования будет завершена. Функция
pg_stop_backupв первом значении результата указывает, какой последний сегмент требуется для формирования полного набора файлов резервной копии. На ведущем сервере, если включён режим архивации (параметрarchive_mode) и аргументwait_for_archiveравенtrue, функцияpg_stop_backupне завершится, пока не будет заархивирован последний сегмент. На ведомом значениемarchive_modeдолжно бытьalways, чтобыpg_stop_backupожидала архивации. Эти файлы будут заархивированы автоматически, поскольку также должна быть настроена командаarchive_command. Чаще всего это происходит быстро, но мы советуем наблюдать за системой архивации и проверять, не возникают ли задержки. Если архивирование остановится из-за ошибок команды архивации, попытки архивации будут продолжаться до успешного завершения, и только тогда резервное копирование окончится. Если вы хотите ограничить время выполненияpg_stop_backup, установите соответствующее значение вstatement_timeout, но заметьте, что в случае прерыванияpg_stop_backupпо времени резервная копия может оказаться негодной.Если в процедуре резервного копирования предусмотрено отслеживание и архивация всех файлов сегментов WAL, необходимых для резервной копии, то в аргументе
wait_for_archive(по умолчанию равном true) можно передать false, чтобы функцияpg_stop_backupзавершилась сразу, как только в WAL будет помещена запись о завершении копирования. По умолчаниюpg_stop_backupбудет ждать окончания архивации всех файлов WAL, что может занять некоторое время. Использовать этот параметр следует с осторожностью: если архивация WAL не контролируется, в резервной копии могут оказаться не все необходимые файлы WAL и её нельзя будет восстановить.
25.3.3.2. Монопольное резервное копирование на низком уровне
Монопольное резервное копирование во многом похоже на немонопольное, но имеет несколько важных отличий. Такое копирование можно произвести только на ведущем сервере, и оно исключает одновременное выполнение других процессов копирования. До PostgreSQL 9.6 это был единственный возможный метод низкоуровневого копирования, но сейчас пользователям рекомендуется по возможности подкорректировать свои скрипты и перейти к использованию немонопольного варианта.
Убедитесь, что архивирование WAL включено и работает.
Подключитесь к серверу (к любой базе данных) как пользователь с правами на выполнение pg_start_backup (суперпользователь или пользователь, которому дано право EXECUTE для этой функции) и выполните команду:
SELECT pg_start_backup('label');где
label— любая метка, по которой можно однозначно идентифицировать данную операцию резервного копирования. Функцияpg_start_backupсоздаёт в каталоге кластера файл метки резервного копирования, называемыйbackup_label, в который помещается информация о резервной копии, включающая время начала и строку метки. Эта функция также создаёт в каталоге кластера файл карты табличных пространств, называемыйtablespace_map, с информацией о символических ссылках табличных пространств вpg_tblspc/, если такие ссылки есть. Оба файла важны для целостности резервных копии и понадобятся при восстановлении.По умолчанию
pg_start_backupможет выполняться длительное время. Это объясняется тем, что функция выполняет контрольную точку, а операции ввода/вывода, требуемые для этого, распределяются в интервале времени, по умолчанию равном половине интервала между контрольными точками (см. параметр checkpoint_completion_target). Обычно это вполне приемлемо, так как при этом минимизируется влияние на выполнение других запросов. Если же вы хотите начать резервное копирование максимально быстро, выполните:SELECT pg_start_backup('label', true);При этом контрольная точка будет выполнена как можно скорее.
Скопируйте файлы, используя любое удобное средство резервного копирования, например, tar или cpio (не pg_dump или pg_dumpall). В процессе копирования останавливать работу базы данных не требуется, это ничего не даёт. В Подразделе 25.3.3.3 описано, что следует учитывать в процессе копирования.
Заметьте, что в случае сбоя сервера во время резервного копирования для успешного его перезапуска может потребоваться вручную удалить файл
backup_labelиз каталогаPGDATA.Снова подключитесь к базе данных как пользователь с правами на выполнение pg_stop_backup (суперпользователь или пользователь, которому дано право EXECUTE для этой функции) и выполните команду:
SELECT pg_stop_backup();
Эта функция завершит режим резервного копирования и автоматически переключится на следующий сегмент WAL. Это переключение выполняется для того, чтобы файл последнего сегмента WAL, записанного во время копирования, был готов к архивации.
После этого останется заархивировать файлы сегментов WAL, активных во время создания резервной копии, и процедура резервного копирования будет завершена. Функция
pg_stop_backupвозвращает указание на файл последнего сегмента, который требуется для формирования полного набора файлов резервной копии. Если включён режим архивации (параметрarchive_mode), функцияpg_stop_backupне завершится, пока не будет заархивирован последний сегмент. В этом случае файлы будут заархивированы автоматически, поскольку также должна быть настроена командаarchive_command. Чаще всего это происходит быстро, но мы советуем наблюдать за системой архивации и проверять, не возникают ли задержки. Если архивирование остановится из-за ошибок команды архивации, попытки архивации будут продолжаться до успешного завершения, и только тогда резервное копирование окончится. Если вы хотите ограничить время выполненияpg_stop_backup, установите соответствующее значение вstatement_timeout, но заметьте, что в случае прерыванияpg_stop_backupпо времени резервная копия может оказаться негодной.
25.3.3.3. Копирование каталога данных
Некоторые средства резервного копирования файлов выдают предупреждения или ошибки, если файлы, которые они пытаются скопировать, изменяются в процессе копирования. При получении базовой резервной копии активной базы данных это вполне нормально и не является ошибкой. Однако вам нужно знать, как отличить ошибки такого рода от реальных ошибок. Например, некоторые версии rsync возвращают отдельный код завершения для ситуации «исчезнувшие исходные файлы», и вы можете написать управляющий скрипт, который примет этот код как не ошибочный. Также некоторые версии GNU tar возвращают код завершения, неотличимый от кода фатальной ошибки, если файл был усечён, когда tar копировал его. К счастью, GNU tar версий 1.16 и более поздних завершается с кодом 1, если файл был изменён во время копирования, и 2 в случае других ошибок. С GNU tar версии 1.23 и более поздними, вы можете использовать следующие ключи --warning=no-file-changed --warning=no-file-removed, чтобы скрыть соответствующие предупреждения.
Убедитесь, что ваша резервная копия включает все файлы из каталога кластера баз данных (например, /usr/local/pgsql/data). Если вы используете табличные пространства, которые находятся не внутри этого каталога, не забудьте включить и их в резервную копию (также важно, чтобы при создании резервной копии символьные ссылки сохранялись как ссылки, иначе табличные пространства будут повреждены при восстановлении).
Однако следует исключить из резервной копии файлы в подкаталоге данных кластера pg_wal/. Эту небольшую корректировку стоит внести для снижения риска ошибок при восстановлении. Это легко организовать, если pg_wal/ — символическая ссылка на каталог за пределами каталога данных (так часто делают из соображений производительности). Также имеет смысл исключить файлы postmaster.pid и postmaster.opts, содержащие информацию о работающем процессе postmaster (а не о том процессе postmaster, который будет восстанавливать эту копию). (Эти файлы могут ввести pg_ctl в заблуждение.)
Часто также стоит исключать из резервной копии каталог pg_replslot/ кластера, чтобы слоты репликации, существующие на главном сервере, не попадали в копию. В противном случае при последующем восстановлении копии на резервном сервере может получиться так, что он будет неограниченно долго сохранять файлы WAL, а главный не будет очищаться, если он следит за горячим резервом, так как клиенты этих слотов репликации будут продолжать подключаться и изменять состояние слотов на главном, а не резервном сервере. Даже если резервная копия предназначена только для создания нового главного сервера, копирование слотов репликации вряд ли принесёт пользу, так как к моменту включения в работу этого нового сервера содержимое этих слотов станет абсолютно неактуальным.
Содержимое каталогов pg_dynshmem/, pg_notify/, pg_serial/, pg_snapshots/, pg_stat_tmp/ и pg_subtrans/ (но не сами эти каталоги) можно исключить из резервной копии, так как оно будет инициализировано при запуске главного процесса. Если переменная stats_temp_directory установлена и указывает на подкаталог внутри каталога данных, содержимое этого подкаталога также можно не копировать.
Из резервной копии можно исключить и файлы и подкаталоги с именами, начинающимся с pgsql_tmp. Эти файлы удаляются при запуске главного процесса, а каталоги создаются по мере необходимости.
В файл метки резервной копии записывается строка метки, заданная при вызове pg_start_backup, время запуска функции pg_start_backup и имя начального файла WAL. Таким образом, в случае сомнений можно заглянуть внутрь архива резервной копии и точно определить, в каком сеансе резервного копирования он был создан. Файл карты табличных пространств содержит имена символических ссылок, как они существуют в каталоге pg_tblspc/, и полный путь каждой символической ссылки. Эти файлы не только к вашему сведению; их существование и содержание важны для правильного проведения процесса восстановления системы.
Вы также можете создать резервную копию, когда сервер остановлен. В этом случае, вы, очевидно, не сможете вызвать pg_start_backup или pg_stop_backup, и следовательно, вам надо будет самостоятельно как-то идентифицировать резервные копии и понимать, какие файлы WAL должны быть заархивированы. Поэтому обычно всё-таки лучше следовать вышеописанной процедуре непрерывного архивирования.
25.3.4. Восстановление непрерывной архивной копии
Допустим, худшее случилось, и вам необходимо восстановить базу данных из резервной копии. Порядок действий таков:
Остановите сервер баз данных, если он запущен.
Если у вас есть место для этого, скопируйте весь текущий каталог кластера баз данных и все табличные пространства во временный каталог на случай, если они вам понадобятся. Учтите, что эта мера предосторожности требует, чтобы свободного места на диске было достаточно для размещения двух копий существующих данных. Если места недостаточно, необходимо сохранить как минимум содержимое подкаталога
pg_walкаталога кластера, так как он может содержать журналы, не попавшие в архив перед остановкой системы.Удалите все существующие файлы и подкаталоги из каталога кластера и из корневых каталогов используемых табличных пространств.
Восстановите файлы базы данных из резервной копии файлов. Важно, чтобы у восстановленных файлов были правильные разрешения и правильный владелец (пользователь, запускающий сервер, а не
root!). Если вы используете табличные пространства, убедитесь также, что символьные ссылки вpg_tblspc/восстановились корректно.Удалите все файлы из
pg_wal/; они восстановились из резервной копии файлов и поэтому, скорее всего, будут старее текущих. Если вы вовсе не архивировалиpg_wal/, создайте этот каталог с правильными правами доступа, но если это была символьная ссылка, восстановите её.Если на шаге 2 вы сохранили незаархивированные файлы с сегментами WAL, скопируйте их в
pg_wal/. (Лучше всего именно копировать, а не перемещать их, чтобы у вас остались неизменённые файлы на случай, если возникнет проблема и всё придётся начинать сначала.)Создайте командный файл восстановления
recovery.confв каталоге кластера баз данных (см. Главу 27). Вы можете также временно изменитьpg_hba.conf, чтобы обычные пользователи не могли подключаться, пока вы не будете уверены, что восстановление завершилось успешно.Запустите сервер. Сервер запустится в режиме восстановления и начнёт считывать необходимые ему архивные файлы WAL. Если восстановление будет прервано из-за внешней ошибки, сервер можно просто перезапустить и он продолжит восстановление. По завершении процесса восстановления сервер переименует файл
recovery.confвrecovery.done(чтобы предотвратить повторный запуск режима восстановления), а затем перейдёт к обычной работе с базой данных.Просмотрите содержимое базы данных, чтобы убедиться, что вы вернули её к желаемому состоянию. Если это не так, вернитесь к шагу 1. Если всё хорошо, разрешите пользователям подключаться к серверу, восстановив обычный файл
pg_hba.conf.
Ключевой момент этой процедуры заключается в создании файла конфигурации восстановления, описывающего, как будет выполняться восстановление и до какой точки. В качестве прототипа вы можете использовать файл recovery.conf.sample (он обычно помещается в каталог share/ после установки). Единственное, что совершенно необходимо указать в recovery.conf — это команду restore_command, которая говорит Postgres Pro, как получать из архива файл-сегменты WAL. Как и archive_command, это командная строка для оболочки. Она может содержать символы %f, которые заменятся именем требующегося файла журнала, и %p, которые заменятся целевым путём для копирования этого файла. (Путь задаётся относительно текущего рабочего каталога, т. е. каталога кластера данных.) Если вам нужно включить в команду сам символ %, напишите %%. Простейшая команда, которая может быть полезна, такая:
restore_command = 'cp /mnt/server/archivedir/%f %p'
Эта команда копирует заархивированные ранее сегменты WAL из каталога /mnt/server/archivedir. Разумеется, вы можете использовать что-то более сложное, возможно, даже скрипт оболочки, который укажет оператору установить соответствующую ленту.
Важно, чтобы данная команда возвращала ненулевой код возврата в случае ошибки. Эта команда будет вызываться и с запросом файлов, отсутствующих в архиве; в этом случае она должна вернуть ненулевое значение и это считается штатной ситуацией. В исключительной ситуации, когда команда была прервана сигналом (кроме SIGTERM, который применяется в процессе остановки сервера базы данных) или произошла ошибка оболочки (например, команда не найдена), восстановление будет прервано и сервер не запустится.
Не все запрашиваемые файлы будут сегментами WAL; следует также ожидать запросов файлов с суффиксом .history. Также учтите, что базовое имя пути %p будет отличаться от %f; не думайте, что они взаимозаменяемы.
Сегменты WAL, которые не найдутся в архиве, система будет искать в pg_wal/; благодаря этому можно использовать последние незаархивированные сегменты. Однако файлы в pg_wal/ будут менее предпочтительными, если такие сегменты окажутся в архиве.
Обычно при восстановлении обрабатываются все доступные сегменты WAL и, таким образом, база данных восстанавливается до последнего момента времени (или максимально близкого к нему, в зависимости от наличия сегментов WAL). Таким образом, восстановление обычно завершается с сообщением «файл не найден»; точный текст сообщения об ошибке зависит от того, что делает restore_command. Вы также можете увидеть сообщение об ошибке в начале восстановления для файла с именем типа 00000001.history. Это также нормально и обычно не говорит о какой-либо проблеме при восстановлении в простых ситуациях; подробнее об этом рассказывается в Подразделе 25.3.5.
Если вы хотите восстановить базу на какой-то момент времени (скажем, до момента, когда неопытный администратор базы данных удалил основную таблицу транзакций), просто укажите требуемую точку остановки в recovery.conf. Вы можете задать эту точку, иначе называемую «целью восстановления», по дате/времени, именованной точке восстановления или определённому идентификатору транзакции. На момент написания этой документации полезными могут быть только указания даты/времени или имени точки восстановления, пока нет никаких средств, позволяющих точно определить, какой идентификатор транзакции нужно выбрать.
Примечание
Точка останова должна указывать на момент после окончания базового копирования, т. е. после времени завершения pg_stop_backup. Использовать базовую резервную копию для восстановления на момент времени, когда она ещё только создавалась, нельзя. (Чтобы восстановить данные на этот момент времени, придётся вернуться к предыдущей базовой резервной копии и накатывать изменения с этой позиции.)
Если при восстановлении обнаруживаются повреждённые данные WAL, восстановление прерывается в этом месте и сервер не запускается. В этом случае процесс восстановления можно перезапустить с начала, указав «цель восстановления» до точки повреждения, чтобы восстановление могло завершиться нормально. Если восстановление завершается ошибкой из-за внешней причины, например, из-за краха системы или недоступности архива WAL, его можно просто перезапустить, и оно продолжится с того места, где было прервано. Перезапуск восстановления реализован по тому же принципу, что и контрольные точки при обычной работе: сервер периодически сохраняет всё текущее состояние на диске и отражает это в файле pg_control, чтобы уже обработанные данные WAL не приходилось сканировать снова.
25.3.5. Линии времени
Возможность восстановить базу данных на некий предыдущий момент времени создаёт некоторые сложности, сродни научно-фантастическим историям о путешествиях во времени и параллельных мирах. Например, предположим, что в начальной истории базы данных вы удалили важную таблицу в 17:15 во вторник, но осознали эту ошибку только в среду в полдень. Вы можете спокойно взять резервную копию, восстановить данные на 17:14 во вторник и запустить сервер. В этой истории мира базы данных вы никогда не удаляли вышеупомянутую таблицу. Но предположим, что позже вы заметили, что это была не такая уж хорошая идея и захотели вернуться к утру среды в первоначальной истории базы данных. Вы не сможете сделать это, если в процессе работы базы данных она успеет перезаписать какие-либо файлы-сегменты WAL, приводящие к моменту времени, к которому вы хотите вернуться теперь. Таким образом, для получения желаемого результата необходимо как-то отличать последовательности записей WAL, добавленные после восстановления на какой-то момент времени от тех, что существовали в начальной истории базы данных.
Для решения этой проблемы в Postgres Pro есть такое понятие, как линия времени. Всякий раз, когда завершается восстановление из архива, создаётся новая линия времени, позволяющая идентифицировать последовательность записей WAL, добавленных после этого восстановления. Номер линии времени включается в имя файлов-сегментов WAL, так что файлы новой линии времени не перезаписывают файлы WAL, сгенерированные предыдущими линиями времени. Фактически это позволяет архивировать много различных линий времени. Хотя это может показаться бесполезной возможностью, на самом деле она часто бывает спасительной. Представьте, что вы не определились, какую точку времени выбрать для восстановления, и таким образом должны проводить восстановление методом проб и ошибок, пока не найдёте лучший момент для ответвления от старой истории. Без линий времени этот процесс быстро стал бы очень запутанным. А благодаря линиям времени, вы можете вернуться к любому предыдущему состоянию, включая состояния в ветках линий времени, покинутых ранее.
Каждый раз, когда образуется новая линия времени, Postgres Pro создаёт файл «истории линии времени», показывающий, от какой линии времени ответвилась данная и когда. Эти файлы истории нужны, чтобы система могла выбрать правильные файлы-сегменты WAL при восстановлении из архива, содержащего несколько линий времени. Таким образом, они помещаются в область архивов WAL так же, как и файлы сегментов WAL. Файлы истории представляют собой небольшие текстовые файлы, так что они не занимают много места и их вполне можно сохранять неограниченно долго (в отличие от файлов сегментов, имеющих большой размер). Если хотите, вы можете добавлять в файл истории комментарии, свои собственные заметки о том, как и почему была создана эта конкретная линия времени. Такие комментарии будут особенно ценны, если в результате экспериментов у вас образуется хитросплетение разных линий времени.
По умолчанию при восстановлении восстанавливается та же линия времени, которая была текущей при создании базовой резервной копии. Если вы хотите восстановить состояние на какой-либо дочерней линии времени, (то есть, хотите вернуться к некоторому состоянию, которое тоже было получено в результате попытки восстановления), вам необходимо указать идентификатор целевой линии времени в recovery.conf. Восстановить состояние в линии времени, ответвившейся раньше, чем была сделана базовая резервная копия, нельзя.
25.3.6. Советы и примеры
Ниже мы дадим несколько советов по настройке непрерывного архивирования.
25.3.6.1. Обособленные горячие резервные копии
Средства резервного копирования Postgres Pro можно применять для создания обособленных горячих копий. Эти копии нельзя использовать для восстановления на момент времени, но создаются и восстанавливаются они обычно гораздо быстрее, чем дампы pg_dump. (Они также намного больше, чем дампы pg_dump, так что в некоторых случаях выигрыш в скорости может быть потерян.)
Как и базовые резервные копии, обособленную горячую копию проще всего получить, используя программу pg_basebackup. Если вы вызовете эту программу с параметром -X, в эту копию автоматически будет включён весь журнал предзаписи, необходимый для её использования, так что никакие особые действия для восстановления не потребуются.
Если нужна дополнительная гибкость в процессе копирования файлов, создавать обособленные горячие копии можно также на более низком уровне. Чтобы подготовиться к получению такой копии на низком уровне, установите в wal_level уровень replica (или выше), в archive_mode значение on и настройте команду archive_command, которая будет выполнять архивацию, только когда существует файл-переключатель. Например:
archive_command = 'test ! -f /var/lib/pgsql/backup_in_progress || (test ! -f /var/lib/pgsql/archive/%f && cp %p /var/lib/pgsql/archive/%f)'
Данная команда выполнит архивацию, если будет существовать файл /var/lib/pgsql/backup_in_progress, а в противном случае просто вернёт нулевой код возврата (и тогда Postgres Pro сможет переработать ненужный файл WAL).
После такой подготовки резервную копию можно создать, например таким скриптом:
touch /var/lib/pgsql/backup_in_progress
psql -c "select pg_start_backup('hot_backup');"
tar -cf /var/lib/pgsql/backup.tar /var/lib/pgsql/data/
psql -c "select pg_stop_backup();"
rm /var/lib/pgsql/backup_in_progress
tar -rf /var/lib/pgsql/backup.tar /var/lib/pgsql/archive/ Сначала создаётся файл-переключатель /var/lib/pgsql/backup_in_progress, включающий архивирование заполненных файлов WAL. По окончании резервного копирования файл-переключатель удаляется. Затем заархивированные файлы WAL тоже добавляются в резервную копию, так что в одном архиве tar оказывается и базовая резервная копия, и все требуемые файлы WAL. Пожалуйста, не забудьте добавить в ваши скрипты резервного копирования обработку ошибок.
25.3.6.2. Сжатие журналов в архиве
Если размер архива имеет большое значение, можно воспользоваться gzip и сжимать архивные файлы:
archive_command = 'gzip < %p > /var/lib/pgsql/archive/%f'
При этом для восстановления придётся использовать gunzip:
restore_command = 'gunzip < /mnt/server/archivedir/%f > %p'
25.3.6.3. Скрипты archive_command
Многие в качестве команды archive_command используют скрипты, так что запись в postgresql.conf оказывается очень простой:
archive_command = 'local_backup_script.sh "%p" "%f"'
Применять отдельный файла скрипта целесообразно всегда, когда вы хотите использовать в процедуре архивирования несколько команд. Это позволяет управлять сложностью этой процедуры в рамках одного скрипта, который можно написать на любом популярном языке скриптов, например на bash или perl.
В частности, с помощью скриптов можно решить такие задачи:
Копирование данных в безопасное внешнее хранилище
Пакетная обработка файлов WAL, чтобы они передавались каждые три часа, а не по одному
Взаимодействие с другими приложениями резервного копирования и восстановления
Взаимодействие со средствами мониторинга, регистрация ошибок
Подсказка
Когда в archive_command используется скрипт, желательно включить logging_collector. Тогда все сообщения, которые скрипт выведет в stderr, будут записываться в журнал сервера баз данных, что позволит легко диагностировать ошибки в сложных конфигурациях.
25.3.7. Ограничения
На момент написания документации методика непрерывного архивирования имеет несколько ограничений. Они могут быть ликвидированы в будущих версиях:
Если во время создания базовой резервной копии выполняется команда CREATE DATABASE, а затем база-шаблон, задействованная в
CREATE DATABASE, изменяется, пока продолжается копирование, возможно, что при восстановлении эти изменения распространятся также и на созданную базу данных. Конечно, это нежелательно. Во избежание подобных рисков, лучше всего не изменять никакие базы-шаблоны во время получения базовой резервной копии.Команды CREATE TABLESPACE записываются в WAL с абсолютным путём и, таким образом, при воспроизведении WAL будут выполнены с тем же абсолютным путём. Это может быть нежелательно, если журнал воспроизводится на другой машине. Но опасность есть, даже если журнал воспроизводится на той же машине, но в другом каталоге данных: при воспроизведении будет так же перезаписано содержимое исходных табличных пространств. Чтобы избежать потенциальных проблем такого рода, лучше всего делать новую базовую резервную копию после создания или удаления табличных пространств.
Также следует заметить, что стандартный формат WAL не очень компактный, так как включает много снимков дисковых страниц. Эти снимки страниц предназначены для поддержки восстановления после сбоя, на случай, если понадобится исправить страницы, записанные на диск частично. В зависимости от аппаратного и программного обеспечения вашей системы, риск частичной записи может быть достаточно мал, так что его можно игнорировать, и в этом случае можно существенно уменьшить общий объём архивируемых журналов, выключив снимки страниц с помощью параметра full_page_writes. (Прежде чем делать это, прочтите замечания и предупреждения в Главе 30.) Выключение снимков страниц не препятствует использованию журналов для восстановления PITR. Одним из направлений разработки в будущем является сжатие архивируемых данных WAL, путём удаления ненужных копий страниц даже при включённом режиме full_page_writes. Тем временем администраторы могут сократить количество снимков страниц, включаемых в WAL, увеличив параметры интервала контрольных точек в разумных пределах.
25.3. Continuous Archiving and Point-in-Time Recovery (PITR)
At all times, Postgres Pro maintains a write ahead log (WAL) in the pg_wal/ subdirectory of the cluster's data directory. The log records every change made to the database's data files. This log exists primarily for crash-safety purposes: if the system crashes, the database can be restored to consistency by “replaying” the log entries made since the last checkpoint. However, the existence of the log makes it possible to use a third strategy for backing up databases: we can combine a file-system-level backup with backup of the WAL files. If recovery is needed, we restore the file system backup and then replay from the backed-up WAL files to bring the system to a current state. This approach is more complex to administer than either of the previous approaches, but it has some significant benefits:
We do not need a perfectly consistent file system backup as the starting point. Any internal inconsistency in the backup will be corrected by log replay (this is not significantly different from what happens during crash recovery). So we do not need a file system snapshot capability, just tar or a similar archiving tool.
Since we can combine an indefinitely long sequence of WAL files for replay, continuous backup can be achieved simply by continuing to archive the WAL files. This is particularly valuable for large databases, where it might not be convenient to take a full backup frequently.
It is not necessary to replay the WAL entries all the way to the end. We could stop the replay at any point and have a consistent snapshot of the database as it was at that time. Thus, this technique supports point-in-time recovery: it is possible to restore the database to its state at any time since your base backup was taken.
If we continuously feed the series of WAL files to another machine that has been loaded with the same base backup file, we have a warm standby system: at any point we can bring up the second machine and it will have a nearly-current copy of the database.
Note
pg_dump and pg_dumpall do not produce file-system-level backups and cannot be used as part of a continuous-archiving solution. Such dumps are logical and do not contain enough information to be used by WAL replay.
As with the plain file-system-backup technique, this method can only support restoration of an entire database cluster, not a subset. Also, it requires a lot of archival storage: the base backup might be bulky, and a busy system will generate many megabytes of WAL traffic that have to be archived. Still, it is the preferred backup technique in many situations where high reliability is needed.
To recover successfully using continuous archiving (also called “online backup” by many database vendors), you need a continuous sequence of archived WAL files that extends back at least as far as the start time of your backup. So to get started, you should set up and test your procedure for archiving WAL files before you take your first base backup. Accordingly, we first discuss the mechanics of archiving WAL files.
25.3.1. Setting Up WAL Archiving
In an abstract sense, a running Postgres Pro system produces an indefinitely long sequence of WAL records. The system physically divides this sequence into WAL segment files, which are normally 16MB apiece (although the segment size can be altered when building Postgres Pro). The segment files are given numeric names that reflect their position in the abstract WAL sequence. When not using WAL archiving, the system normally creates just a few segment files and then “recycles” them by renaming no-longer-needed segment files to higher segment numbers. It's assumed that segment files whose contents precede the checkpoint-before-last are no longer of interest and can be recycled.
When archiving WAL data, we need to capture the contents of each segment file once it is filled, and save that data somewhere before the segment file is recycled for reuse. Depending on the application and the available hardware, there could be many different ways of “saving the data somewhere”: we could copy the segment files to an NFS-mounted directory on another machine, write them onto a tape drive (ensuring that you have a way of identifying the original name of each file), or batch them together and burn them onto CDs, or something else entirely. To provide the database administrator with flexibility, Postgres Pro tries not to make any assumptions about how the archiving will be done. Instead, Postgres Pro lets the administrator specify a shell command to be executed to copy a completed segment file to wherever it needs to go. The command could be as simple as a cp, or it could invoke a complex shell script — it's all up to you.
To enable WAL archiving, set the wal_level configuration parameter to replica or higher, archive_mode to on, and specify the shell command to use in the archive_command configuration parameter. In practice these settings will always be placed in the postgresql.conf file. In archive_command, %p is replaced by the path name of the file to archive, while %f is replaced by only the file name. (The path name is relative to the current working directory, i.e., the cluster's data directory.) Use %% if you need to embed an actual % character in the command. The simplest useful command is something like:
archive_command = 'test ! -f /mnt/server/archivedir/%f && cp %p /mnt/server/archivedir/%f' # Unix archive_command = 'copy "%p" "C:\\server\\archivedir\\%f"' # Windows
which will copy archivable WAL segments to the directory /mnt/server/archivedir. (This is an example, not a recommendation, and might not work on all platforms.) After the %p and %f parameters have been replaced, the actual command executed might look like this:
test ! -f /mnt/server/archivedir/00000001000000A900000065 && cp pg_wal/00000001000000A900000065 /mnt/server/archivedir/00000001000000A900000065
A similar command will be generated for each new file to be archived.
The archive command will be executed under the ownership of the same user that the Postgres Pro server is running as. Since the series of WAL files being archived contains effectively everything in your database, you will want to be sure that the archived data is protected from prying eyes; for example, archive into a directory that does not have group or world read access.
It is important that the archive command return zero exit status if and only if it succeeds. Upon getting a zero result, Postgres Pro will assume that the file has been successfully archived, and will remove or recycle it. However, a nonzero status tells Postgres Pro that the file was not archived; it will try again periodically until it succeeds.
The archive command should generally be designed to refuse to overwrite any pre-existing archive file. This is an important safety feature to preserve the integrity of your archive in case of administrator error (such as sending the output of two different servers to the same archive directory).
It is advisable to test your proposed archive command to ensure that it indeed does not overwrite an existing file, and that it returns nonzero status in this case. The example command above for Unix ensures this by including a separate test step. On some Unix platforms, cp has switches such as -i that can be used to do the same thing less verbosely, but you should not rely on these without verifying that the right exit status is returned. (In particular, GNU cp will return status zero when -i is used and the target file already exists, which is not the desired behavior.)
While designing your archiving setup, consider what will happen if the archive command fails repeatedly because some aspect requires operator intervention or the archive runs out of space. For example, this could occur if you write to tape without an autochanger; when the tape fills, nothing further can be archived until the tape is swapped. You should ensure that any error condition or request to a human operator is reported appropriately so that the situation can be resolved reasonably quickly. The pg_wal/ directory will continue to fill with WAL segment files until the situation is resolved. (If the file system containing pg_wal/ fills up, Postgres Pro will do a PANIC shutdown. No committed transactions will be lost, but the database will remain offline until you free some space.)
The speed of the archiving command is unimportant as long as it can keep up with the average rate at which your server generates WAL data. Normal operation continues even if the archiving process falls a little behind. If archiving falls significantly behind, this will increase the amount of data that would be lost in the event of a disaster. It will also mean that the pg_wal/ directory will contain large numbers of not-yet-archived segment files, which could eventually exceed available disk space. You are advised to monitor the archiving process to ensure that it is working as you intend.
In writing your archive command, you should assume that the file names to be archived can be up to 64 characters long and can contain any combination of ASCII letters, digits, and dots. It is not necessary to preserve the original relative path (%p) but it is necessary to preserve the file name (%f).
Note that although WAL archiving will allow you to restore any modifications made to the data in your Postgres Pro database, it will not restore changes made to configuration files (that is, postgresql.conf, pg_hba.conf and pg_ident.conf), since those are edited manually rather than through SQL operations. You might wish to keep the configuration files in a location that will be backed up by your regular file system backup procedures. See Section 19.2 for how to relocate the configuration files.
The archive command is only invoked on completed WAL segments. Hence, if your server generates only little WAL traffic (or has slack periods where it does so), there could be a long delay between the completion of a transaction and its safe recording in archive storage. To put a limit on how old unarchived data can be, you can set archive_timeout to force the server to switch to a new WAL segment file at least that often. Note that archived files that are archived early due to a forced switch are still the same length as completely full files. It is therefore unwise to set a very short archive_timeout — it will bloat your archive storage. archive_timeout settings of a minute or so are usually reasonable.
Also, you can force a segment switch manually with pg_switch_wal if you want to ensure that a just-finished transaction is archived as soon as possible. Other utility functions related to WAL management are listed in Table 9.79.
When wal_level is minimal some SQL commands are optimized to avoid WAL logging, as described in Section 14.4.7. If archiving or streaming replication were turned on during execution of one of these statements, WAL would not contain enough information for archive recovery. (Crash recovery is unaffected.) For this reason, wal_level can only be changed at server start. However, archive_command can be changed with a configuration file reload. If you wish to temporarily stop archiving, one way to do it is to set archive_command to the empty string (''). This will cause WAL files to accumulate in pg_wal/ until a working archive_command is re-established.
25.3.2. Making a Base Backup
The easiest way to perform a base backup is to use the pg_basebackup tool. It can create a base backup either as regular files or as a tar archive. If more flexibility than pg_basebackup can provide is required, you can also make a base backup using the low level API (see Section 25.3.3).
It is not necessary to be concerned about the amount of time it takes to make a base backup. However, if you normally run the server with full_page_writes disabled, you might notice a drop in performance while the backup runs since full_page_writes is effectively forced on during backup mode.
To make use of the backup, you will need to keep all the WAL segment files generated during and after the file system backup. To aid you in doing this, the base backup process creates a backup history file that is immediately stored into the WAL archive area. This file is named after the first WAL segment file that you need for the file system backup. For example, if the starting WAL file is 0000000100001234000055CD the backup history file will be named something like 0000000100001234000055CD.007C9330.backup. (The second part of the file name stands for an exact position within the WAL file, and can ordinarily be ignored.) Once you have safely archived the file system backup and the WAL segment files used during the backup (as specified in the backup history file), all archived WAL segments with names numerically less are no longer needed to recover the file system backup and can be deleted. However, you should consider keeping several backup sets to be absolutely certain that you can recover your data.
The backup history file is just a small text file. It contains the label string you gave to pg_basebackup, as well as the starting and ending times and WAL segments of the backup. If you used the label to identify the associated dump file, then the archived history file is enough to tell you which dump file to restore.
Since you have to keep around all the archived WAL files back to your last base backup, the interval between base backups should usually be chosen based on how much storage you want to expend on archived WAL files. You should also consider how long you are prepared to spend recovering, if recovery should be necessary — the system will have to replay all those WAL segments, and that could take awhile if it has been a long time since the last base backup.
25.3.3. Making a Base Backup Using the Low Level API
The procedure for making a base backup using the low level APIs contains a few more steps than the pg_basebackup method, but is relatively simple. It is very important that these steps are executed in sequence, and that the success of a step is verified before proceeding to the next step.
Low level base backups can be made in a non-exclusive or an exclusive way. The non-exclusive method is recommended and the exclusive one is deprecated and will eventually be removed.
25.3.3.1. Making a non-exclusive low level backup
A non-exclusive low level backup is one that allows other concurrent backups to be running (both those started using the same backup API and those started using pg_basebackup).
Ensure that WAL archiving is enabled and working.
Connect to the server (it does not matter which database) as a user with rights to run pg_start_backup (superuser, or a user who has been granted EXECUTE on the function) and issue the command:
SELECT pg_start_backup('label', false, false);where
labelis any string you want to use to uniquely identify this backup operation. The connection callingpg_start_backupmust be maintained until the end of the backup, or the backup will be automatically aborted.By default,
pg_start_backupcan take a long time to finish. This is because it performs a checkpoint, and the I/O required for the checkpoint will be spread out over a significant period of time, by default half your inter-checkpoint interval (see the configuration parameter checkpoint_completion_target). This is usually what you want, because it minimizes the impact on query processing. If you want to start the backup as soon as possible, change the second parameter totrue, which will issue an immediate checkpoint using as much I/O as available.The third parameter being
falsetellspg_start_backupto initiate a non-exclusive base backup.Perform the backup, using any convenient file-system-backup tool such as tar or cpio (not pg_dump or pg_dumpall). It is neither necessary nor desirable to stop normal operation of the database while you do this. See Section 25.3.3.3 for things to consider during this backup.
In the same connection as before, issue the command:
SELECT * FROM pg_stop_backup(false, true);
This terminates backup mode. On a primary, it also performs an automatic switch to the next WAL segment. On a standby, it is not possible to automatically switch WAL segments, so you may wish to run
pg_switch_walon the primary to perform a manual switch. The reason for the switch is to arrange for the last WAL segment file written during the backup interval to be ready to archive.The
pg_stop_backupwill return one row with three values. The second of these fields should be written to a file namedbackup_labelin the root directory of the backup. The third field should be written to a file namedtablespace_mapunless the field is empty. These files are vital to the backup working and must be written byte for byte without modification, which may require opening the file in binary mode.Once the WAL segment files active during the backup are archived, you are done. The file identified by
pg_stop_backup's first return value is the last segment that is required to form a complete set of backup files. On a primary, ifarchive_modeis enabled and thewait_for_archiveparameter istrue,pg_stop_backupdoes not return until the last segment has been archived. On a standby,archive_modemust bealwaysin order forpg_stop_backupto wait. Archiving of these files happens automatically since you have already configuredarchive_command. In most cases this happens quickly, but you are advised to monitor your archive system to ensure there are no delays. If the archive process has fallen behind because of failures of the archive command, it will keep retrying until the archive succeeds and the backup is complete. If you wish to place a time limit on the execution ofpg_stop_backup, set an appropriatestatement_timeoutvalue, but make note that ifpg_stop_backupterminates because of this your backup may not be valid.If the backup process monitors and ensures that all WAL segment files required for the backup are successfully archived then the
wait_for_archiveparameter (which defaults to true) can be set to false to havepg_stop_backupreturn as soon as the stop backup record is written to the WAL. By default,pg_stop_backupwill wait until all WAL has been archived, which can take some time. This option must be used with caution: if WAL archiving is not monitored correctly then the backup might not include all of the WAL files and will therefore be incomplete and not able to be restored.
25.3.3.2. Making an exclusive low level backup
The process for an exclusive backup is mostly the same as for a non-exclusive one, but it differs in a few key steps. This type of backup can only be taken on a primary and does not allow concurrent backups. Prior to PostgreSQL 9.6, this was the only low-level method available, but it is now recommended that all users upgrade their scripts to use non-exclusive backups if possible.
Ensure that WAL archiving is enabled and working.
Connect to the server (it does not matter which database) as a user with rights to run pg_start_backup (superuser, or a user who has been granted EXECUTE on the function) and issue the command:
SELECT pg_start_backup('label');where
labelis any string you want to use to uniquely identify this backup operation.pg_start_backupcreates a backup label file, calledbackup_label, in the cluster directory with information about your backup, including the start time and label string. The function also creates a tablespace map file, calledtablespace_map, in the cluster directory with information about tablespace symbolic links inpg_tblspc/if one or more such link is present. Both files are critical to the integrity of the backup, should you need to restore from it.By default,
pg_start_backupcan take a long time to finish. This is because it performs a checkpoint, and the I/O required for the checkpoint will be spread out over a significant period of time, by default half your inter-checkpoint interval (see the configuration parameter checkpoint_completion_target). This is usually what you want, because it minimizes the impact on query processing. If you want to start the backup as soon as possible, use:SELECT pg_start_backup('label', true);This forces the checkpoint to be done as quickly as possible.
Perform the backup, using any convenient file-system-backup tool such as tar or cpio (not pg_dump or pg_dumpall). It is neither necessary nor desirable to stop normal operation of the database while you do this. See Section 25.3.3.3 for things to consider during this backup.
Note that if the server crashes during the backup it may not be possible to restart until the
backup_labelfile has been manually deleted from thePGDATAdirectory.Again connect to the database as a user with rights to run pg_stop_backup (superuser, or a user who has been granted EXECUTE on the function), and issue the command:
SELECT pg_stop_backup();
This function terminates backup mode and performs an automatic switch to the next WAL segment. The reason for the switch is to arrange for the last WAL segment written during the backup interval to be ready to archive.
Once the WAL segment files active during the backup are archived, you are done. The file identified by
pg_stop_backup's result is the last segment that is required to form a complete set of backup files. Ifarchive_modeis enabled,pg_stop_backupdoes not return until the last segment has been archived. Archiving of these files happens automatically since you have already configuredarchive_command. In most cases this happens quickly, but you are advised to monitor your archive system to ensure there are no delays. If the archive process has fallen behind because of failures of the archive command, it will keep retrying until the archive succeeds and the backup is complete. If you wish to place a time limit on the execution ofpg_stop_backup, set an appropriatestatement_timeoutvalue, but make note that ifpg_stop_backupterminates because of this your backup may not be valid.
25.3.3.3. Backing up the data directory
Some file system backup tools emit warnings or errors if the files they are trying to copy change while the copy proceeds. When taking a base backup of an active database, this situation is normal and not an error. However, you need to ensure that you can distinguish complaints of this sort from real errors. For example, some versions of rsync return a separate exit code for “vanished source files”, and you can write a driver script to accept this exit code as a non-error case. Also, some versions of GNU tar return an error code indistinguishable from a fatal error if a file was truncated while tar was copying it. Fortunately, GNU tar versions 1.16 and later exit with 1 if a file was changed during the backup, and 2 for other errors. With GNU tar version 1.23 and later, you can use the warning options --warning=no-file-changed --warning=no-file-removed to hide the related warning messages.
Be certain that your backup includes all of the files under the database cluster directory (e.g., /usr/local/pgsql/data). If you are using tablespaces that do not reside underneath this directory, be careful to include them as well (and be sure that your backup archives symbolic links as links, otherwise the restore will corrupt your tablespaces).
You should, however, omit from the backup the files within the cluster's pg_wal/ subdirectory. This slight adjustment is worthwhile because it reduces the risk of mistakes when restoring. This is easy to arrange if pg_wal/ is a symbolic link pointing to someplace outside the cluster directory, which is a common setup anyway for performance reasons. You might also want to exclude postmaster.pid and postmaster.opts, which record information about the running postmaster, not about the postmaster which will eventually use this backup. (These files can confuse pg_ctl.)
It is often a good idea to also omit from the backup the files within the cluster's pg_replslot/ directory, so that replication slots that exist on the master do not become part of the backup. Otherwise, the subsequent use of the backup to create a standby may result in indefinite retention of WAL files on the standby, and possibly bloat on the master if hot standby feedback is enabled, because the clients that are using those replication slots will still be connecting to and updating the slots on the master, not the standby. Even if the backup is only intended for use in creating a new master, copying the replication slots isn't expected to be particularly useful, since the contents of those slots will likely be badly out of date by the time the new master comes on line.
The contents of the directories pg_dynshmem/, pg_notify/, pg_serial/, pg_snapshots/, pg_stat_tmp/, and pg_subtrans/ (but not the directories themselves) can be omitted from the backup as they will be initialized on postmaster startup. If stats_temp_directory is set and is under the data directory then the contents of that directory can also be omitted.
Any file or directory beginning with pgsql_tmp can be omitted from the backup. These files are removed on postmaster start and the directories will be recreated as needed.
The backup label file includes the label string you gave to pg_start_backup, as well as the time at which pg_start_backup was run, and the name of the starting WAL file. In case of confusion it is therefore possible to look inside a backup file and determine exactly which backup session the dump file came from. The tablespace map file includes the symbolic link names as they exist in the directory pg_tblspc/ and the full path of each symbolic link. These files are not merely for your information; their presence and contents are critical to the proper operation of the system's recovery process.
It is also possible to make a backup while the server is stopped. In this case, you obviously cannot use pg_start_backup or pg_stop_backup, and you will therefore be left to your own devices to keep track of which backup is which and how far back the associated WAL files go. It is generally better to follow the continuous archiving procedure above.
25.3.4. Recovering Using a Continuous Archive Backup
Okay, the worst has happened and you need to recover from your backup. Here is the procedure:
Stop the server, if it's running.
If you have the space to do so, copy the whole cluster data directory and any tablespaces to a temporary location in case you need them later. Note that this precaution will require that you have enough free space on your system to hold two copies of your existing database. If you do not have enough space, you should at least save the contents of the cluster's
pg_walsubdirectory, as it might contain logs which were not archived before the system went down.Remove all existing files and subdirectories under the cluster data directory and under the root directories of any tablespaces you are using.
Restore the database files from your file system backup. Be sure that they are restored with the right ownership (the database system user, not
root!) and with the right permissions. If you are using tablespaces, you should verify that the symbolic links inpg_tblspc/were correctly restored.Remove any files present in
pg_wal/; these came from the file system backup and are therefore probably obsolete rather than current. If you didn't archivepg_wal/at all, then recreate it with proper permissions, being careful to ensure that you re-establish it as a symbolic link if you had it set up that way before.If you have unarchived WAL segment files that you saved in step 2, copy them into
pg_wal/. (It is best to copy them, not move them, so you still have the unmodified files if a problem occurs and you have to start over.)Create a recovery command file
recovery.confin the cluster data directory (see Chapter 27). You might also want to temporarily modifypg_hba.confto prevent ordinary users from connecting until you are sure the recovery was successful.Start the server. The server will go into recovery mode and proceed to read through the archived WAL files it needs. Should the recovery be terminated because of an external error, the server can simply be restarted and it will continue recovery. Upon completion of the recovery process, the server will rename
recovery.conftorecovery.done(to prevent accidentally re-entering recovery mode later) and then commence normal database operations.Inspect the contents of the database to ensure you have recovered to the desired state. If not, return to step 1. If all is well, allow your users to connect by restoring
pg_hba.confto normal.
The key part of all this is to set up a recovery configuration file that describes how you want to recover and how far the recovery should run. You can use recovery.conf.sample (normally located in the installation's share/ directory) as a prototype. The one thing that you absolutely must specify in recovery.conf is the restore_command, which tells Postgres Pro how to retrieve archived WAL file segments. Like the archive_command, this is a shell command string. It can contain %f, which is replaced by the name of the desired log file, and %p, which is replaced by the path name to copy the log file to. (The path name is relative to the current working directory, i.e., the cluster's data directory.) Write %% if you need to embed an actual % character in the command. The simplest useful command is something like:
restore_command = 'cp /mnt/server/archivedir/%f %p'
which will copy previously archived WAL segments from the directory /mnt/server/archivedir. Of course, you can use something much more complicated, perhaps even a shell script that requests the operator to mount an appropriate tape.
It is important that the command return nonzero exit status on failure. The command will be called requesting files that are not present in the archive; it must return nonzero when so asked. This is not an error condition. An exception is that if the command was terminated by a signal (other than SIGTERM, which is used as part of a database server shutdown) or an error by the shell (such as command not found), then recovery will abort and the server will not start up.
Not all of the requested files will be WAL segment files; you should also expect requests for files with a suffix of .history. Also be aware that the base name of the %p path will be different from %f; do not expect them to be interchangeable.
WAL segments that cannot be found in the archive will be sought in pg_wal/; this allows use of recent un-archived segments. However, segments that are available from the archive will be used in preference to files in pg_wal/.
Normally, recovery will proceed through all available WAL segments, thereby restoring the database to the current point in time (or as close as possible given the available WAL segments). Therefore, a normal recovery will end with a “file not found” message, the exact text of the error message depending upon your choice of restore_command. You may also see an error message at the start of recovery for a file named something like 00000001.history. This is also normal and does not indicate a problem in simple recovery situations; see Section 25.3.5 for discussion.
If you want to recover to some previous point in time (say, right before the junior DBA dropped your main transaction table), just specify the required stopping point in recovery.conf. You can specify the stop point, known as the “recovery target”, either by date/time, named restore point or by completion of a specific transaction ID. As of this writing only the date/time and named restore point options are very usable, since there are no tools to help you identify with any accuracy which transaction ID to use.
Note
The stop point must be after the ending time of the base backup, i.e., the end time of pg_stop_backup. You cannot use a base backup to recover to a time when that backup was in progress. (To recover to such a time, you must go back to your previous base backup and roll forward from there.)
If recovery finds corrupted WAL data, recovery will halt at that point and the server will not start. In such a case the recovery process could be re-run from the beginning, specifying a “recovery target” before the point of corruption so that recovery can complete normally. If recovery fails for an external reason, such as a system crash or if the WAL archive has become inaccessible, then the recovery can simply be restarted and it will restart almost from where it failed. Recovery restart works much like checkpointing in normal operation: the server periodically forces all its state to disk, and then updates the pg_control file to indicate that the already-processed WAL data need not be scanned again.
25.3.5. Timelines
The ability to restore the database to a previous point in time creates some complexities that are akin to science-fiction stories about time travel and parallel universes. For example, in the original history of the database, suppose you dropped a critical table at 5:15PM on Tuesday evening, but didn't realize your mistake until Wednesday noon. Unfazed, you get out your backup, restore to the point-in-time 5:14PM Tuesday evening, and are up and running. In this history of the database universe, you never dropped the table. But suppose you later realize this wasn't such a great idea, and would like to return to sometime Wednesday morning in the original history. You won't be able to if, while your database was up-and-running, it overwrote some of the WAL segment files that led up to the time you now wish you could get back to. Thus, to avoid this, you need to distinguish the series of WAL records generated after you've done a point-in-time recovery from those that were generated in the original database history.
To deal with this problem, Postgres Pro has a notion of timelines. Whenever an archive recovery completes, a new timeline is created to identify the series of WAL records generated after that recovery. The timeline ID number is part of WAL segment file names so a new timeline does not overwrite the WAL data generated by previous timelines. It is in fact possible to archive many different timelines. While that might seem like a useless feature, it's often a lifesaver. Consider the situation where you aren't quite sure what point-in-time to recover to, and so have to do several point-in-time recoveries by trial and error until you find the best place to branch off from the old history. Without timelines this process would soon generate an unmanageable mess. With timelines, you can recover to any prior state, including states in timeline branches that you abandoned earlier.
Every time a new timeline is created, Postgres Pro creates a “timeline history” file that shows which timeline it branched off from and when. These history files are necessary to allow the system to pick the right WAL segment files when recovering from an archive that contains multiple timelines. Therefore, they are archived into the WAL archive area just like WAL segment files. The history files are just small text files, so it's cheap and appropriate to keep them around indefinitely (unlike the segment files which are large). You can, if you like, add comments to a history file to record your own notes about how and why this particular timeline was created. Such comments will be especially valuable when you have a thicket of different timelines as a result of experimentation.
The default behavior of recovery is to recover along the same timeline that was current when the base backup was taken. If you wish to recover into some child timeline (that is, you want to return to some state that was itself generated after a recovery attempt), you need to specify the target timeline ID in recovery.conf. You cannot recover into timelines that branched off earlier than the base backup.
25.3.6. Tips and Examples
Some tips for configuring continuous archiving are given here.
25.3.6.1. Standalone Hot Backups
It is possible to use Postgres Pro's backup facilities to produce standalone hot backups. These are backups that cannot be used for point-in-time recovery, yet are typically much faster to backup and restore than pg_dump dumps. (They are also much larger than pg_dump dumps, so in some cases the speed advantage might be negated.)
As with base backups, the easiest way to produce a standalone hot backup is to use the pg_basebackup tool. If you include the -X parameter when calling it, all the write-ahead log required to use the backup will be included in the backup automatically, and no special action is required to restore the backup.
If more flexibility in copying the backup files is needed, a lower level process can be used for standalone hot backups as well. To prepare for low level standalone hot backups, make sure wal_level is set to replica or higher, archive_mode to on, and set up an archive_command that performs archiving only when a switch file exists. For example:
archive_command = 'test ! -f /var/lib/pgsql/backup_in_progress || (test ! -f /var/lib/pgsql/archive/%f && cp %p /var/lib/pgsql/archive/%f)'
This command will perform archiving when /var/lib/pgsql/backup_in_progress exists, and otherwise silently return zero exit status (allowing Postgres Pro to recycle the unwanted WAL file).
With this preparation, a backup can be taken using a script like the following:
touch /var/lib/pgsql/backup_in_progress
psql -c "select pg_start_backup('hot_backup');"
tar -cf /var/lib/pgsql/backup.tar /var/lib/pgsql/data/
psql -c "select pg_stop_backup();"
rm /var/lib/pgsql/backup_in_progress
tar -rf /var/lib/pgsql/backup.tar /var/lib/pgsql/archive/
The switch file /var/lib/pgsql/backup_in_progress is created first, enabling archiving of completed WAL files to occur. After the backup the switch file is removed. Archived WAL files are then added to the backup so that both base backup and all required WAL files are part of the same tar file. Please remember to add error handling to your backup scripts.
25.3.6.2. Compressed Archive Logs
If archive storage size is a concern, you can use gzip to compress the archive files:
archive_command = 'gzip < %p > /var/lib/pgsql/archive/%f'
You will then need to use gunzip during recovery:
restore_command = 'gunzip < /mnt/server/archivedir/%f > %p'
25.3.6.3. archive_command Scripts
Many people choose to use scripts to define their archive_command, so that their postgresql.conf entry looks very simple:
archive_command = 'local_backup_script.sh "%p" "%f"'
Using a separate script file is advisable any time you want to use more than a single command in the archiving process. This allows all complexity to be managed within the script, which can be written in a popular scripting language such as bash or perl.
Examples of requirements that might be solved within a script include:
Copying data to secure off-site data storage
Batching WAL files so that they are transferred every three hours, rather than one at a time
Interfacing with other backup and recovery software
Interfacing with monitoring software to report errors
Tip
When using an archive_command script, it's desirable to enable logging_collector. Any messages written to stderr from the script will then appear in the database server log, allowing complex configurations to be diagnosed easily if they fail.
25.3.7. Caveats
At this writing, there are several limitations of the continuous archiving technique. These will probably be fixed in future releases:
If a CREATE DATABASE command is executed while a base backup is being taken, and then the template database that the
CREATE DATABASEcopied is modified while the base backup is still in progress, it is possible that recovery will cause those modifications to be propagated into the created database as well. This is of course undesirable. To avoid this risk, it is best not to modify any template databases while taking a base backup.CREATE TABLESPACE commands are WAL-logged with the literal absolute path, and will therefore be replayed as tablespace creations with the same absolute path. This might be undesirable if the log is being replayed on a different machine. It can be dangerous even if the log is being replayed on the same machine, but into a new data directory: the replay will still overwrite the contents of the original tablespace. To avoid potential gotchas of this sort, the best practice is to take a new base backup after creating or dropping tablespaces.
It should also be noted that the default WAL format is fairly bulky since it includes many disk page snapshots. These page snapshots are designed to support crash recovery, since we might need to fix partially-written disk pages. Depending on your system hardware and software, the risk of partial writes might be small enough to ignore, in which case you can significantly reduce the total volume of archived logs by turning off page snapshots using the full_page_writes parameter. (Read the notes and warnings in Chapter 30 before you do so.) Turning off page snapshots does not prevent use of the logs for PITR operations. An area for future development is to compress archived WAL data by removing unnecessary page copies even when full_page_writes is on. In the meantime, administrators might wish to reduce the number of page snapshots included in WAL by increasing the checkpoint interval parameters as much as feasible.
