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本文主要介紹的備份恢復(fù)原理和技術(shù)。備份恢復(fù)是數(shù)據(jù)庫日常維護的一個例行活動，通過把數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)備份到另外一個地方，可以抵御介質(zhì)類的損壞，增加數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的可靠性。數(shù)據(jù)庫的備份恢復(fù)主要分為邏輯備份恢復(fù)和物理備份恢復(fù)。
邏輯備份是把數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為文本文件，這些文本文件內(nèi)容一般來說是SQL語句。恢復(fù)數(shù)據(jù)時再把文本文件中的SQL語句導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中恢復(fù)。邏輯備份比較靈活，可以支持庫級、模式級和表級備份，但邏輯備份只讀取了某個時間點的數(shù)據(jù)庫快照對應(yīng)的數(shù)據(jù)，很難實現(xiàn)增量備份，恢復(fù)時也無法恢復(fù)到指定的時間點。在中實現(xiàn)邏輯備份恢復(fù)的工具為/，具體使用方法參考官網(wǎng)《管理員指南》手冊。
物理備份是直接復(fù)制數(shù)據(jù)庫的物理文件，性能比較高，對應(yīng)用的約束比較少，但只能對整個庫進行備份。物理備份又分為全量備份和增量備份。增量備份又有兩種方式，一種是結(jié)合數(shù)據(jù)庫的臟頁跟蹤實現(xiàn)的增量備份，另外一種是根據(jù)redo日志的增量實現(xiàn)的增量備份。根據(jù)臟頁進行的增量備份可以和歷史上的備份進行合并，減少存儲空間的占用，恢復(fù)時可以恢復(fù)到增量備份的時間點，無法恢復(fù)到任意時間點。根據(jù)redo日志進行的增量備份在恢復(fù)時可以恢復(fù)到指定時間點，但所有的redo日志都需要進行備份，占用的存儲空間較大。
邏輯備份主要用于異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的遷移，物理備份主要用于保障數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的可靠性。本章主要介紹的物理備份機制，包括全量備份技術(shù)和增量備份技術(shù)。
10.1 全量備份技術(shù)
有兩個備份工具和。只能進行全量備份，既可進行全量備份，也可進行增量備份。全量備份的原理和是類似的，本節(jié)以工具為例介紹全量備份的原理。
10.1.1 備份工具
是一個獨立的二進制程序，有自己的主函數(shù)，代碼在src/bin/目錄下。在備份時，通過指定的IP地址連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器把需要備份的數(shù)據(jù)文件和redo日志文件發(fā)送給備份工具，收到后把文件存放到本地指定的目錄，從而完成數(shù)據(jù)庫的備份。
主要有兩種備份格式：plain普通格式和tar壓縮包格式。普通格式就是以通常的數(shù)據(jù)文件進行備份，tar壓縮包格式就是把備份文件打包進行備份。的tar包頭是2048字節(jié)，文件名最長支持1024個字節(jié)長度，不是標準的tar，所以需要自己解包，實現(xiàn)解包的命令為GsTar。
的主干處理流程比較簡單，首先對支持的命令行參數(shù)進行解析，主要的命令行參數(shù)請參照表1。參數(shù)解析后進入備份主函數(shù)，參照后面詳細介紹。在主函數(shù)之后是，釋放前面分配的內(nèi)存資源，整個備份流程就結(jié)束了。
表1 命令參數(shù)
參數(shù)
描述
-D
備份的目的路徑
-F
備份的文件格式，plain普通格式和tar壓縮包格式
-X
是否進行流復(fù)制模式，當(dāng)前要求必須采用流復(fù)制模式，保證備份數(shù)據(jù)的正確性
-Z
壓縮級別
-c
備份時是否做快速檢查點
-h
進行備份的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器監(jiān)聽IP地址
-p
進行備份的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器監(jiān)聽端口號
-U
進行備份時連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的用戶名
-W
進行備份時連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的密碼
-s
備份時狀態(tài)更新時間間隔
-v
是否顯示備份詳細信息
-P
是否顯示備份進度信息
10.1.2 備份交互流程
1.plain普通格式備份
普通格式備份的主函數(shù)為，具體交互流程如圖1所示。
圖1備份交互流程
從圖1可以看出，數(shù)據(jù)庫物理全量備份主要包括兩個流程，一個是數(shù)據(jù)文件的備份，一個是XLOG文件的備份。詳細過程如下。
（1） 在函數(shù)中創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接。
（2） 執(zhí)行命令，獲取時間線和系統(tǒng)標識符。
（3） 執(zhí)行 LABEL備份命令，獲取XLOG的存放路徑和備份開始時日志的位置。然后從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器獲取表空間的路徑，創(chuàng)建對應(yīng)的路徑。
（4） 在拷貝數(shù)據(jù)文件之前，創(chuàng)建一個單獨的子進程用于日志傳輸。日志傳輸處理的主函數(shù)為，在函數(shù)中，先調(diào)用函數(shù)創(chuàng)建一個日志傳輸?shù)倪B接，然后調(diào)用fork函數(shù)創(chuàng)建子進程，在子進程內(nèi)部通過函數(shù)調(diào)用執(zhí)行實際的日志傳輸。在中，也是先調(diào)用獲取系統(tǒng)標識并且進行校驗和前面獲取的系統(tǒng)標識是否一致。接著執(zhí)行，通知數(shù)據(jù)庫服務(wù)器日志傳輸?shù)钠鹗嘉恢谩Ｕ{(diào)用啟動心跳線程，保證能夠?qū)崟r監(jiān)控傳輸過程中的連接狀態(tài)。接下來進行日志接收循環(huán)，接收數(shù)據(jù)庫服務(wù)器傳輸?shù)娜罩荆瑢懭氡镜厝罩韭窂剑钡浇邮盏酵ㄖ娜罩就Ｖ刮恢谩?/p>
（5） 在主進程創(chuàng)建日志接收子進程之后，調(diào)用ile進行數(shù)據(jù)文件的拷貝，在這個函數(shù)中，有一個while (1)循環(huán)，循環(huán)接收數(shù)據(jù)庫服務(wù)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件，直到接收完數(shù)據(jù)庫服務(wù)傳輸?shù)娜繑?shù)據(jù)文件。數(shù)據(jù)庫文件傳輸完畢后，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器會返回一個備份結(jié)束時的日志位置。
（6） 主進程接收這個位置，把這個位置通過管道發(fā)送給日志接收子進程，日志接收子進程把這個位置與當(dāng)前日志傳輸位置相比較，如果達到了這個位置，則日志接收結(jié)束，日志子進程退出。主進程等到日志傳輸子進程退出后，數(shù)據(jù)庫備份的主流程就基本結(jié)束了。這個過程保證了redo日志覆蓋到整個數(shù)據(jù)庫文件的復(fù)制過程，即使在復(fù)制數(shù)據(jù)文件時可能由于數(shù)據(jù)庫的并發(fā)刷盤導(dǎo)致數(shù)據(jù)頁可能不一致，但這些不一致可以通過redo日志進行恢復(fù)，從而保證整個數(shù)據(jù)庫備份數(shù)據(jù)的一致性。
（7） 后面兩個函數(shù)，一個是函數(shù)，這個函數(shù)備份MOT內(nèi)存表的數(shù)據(jù)文件，流程和前面基本相似；還有一個是函數(shù)，在文件中，刪除存在的雙寫文件，然后寫入一個空的數(shù)據(jù)頁，這個只是一個空文件，避免啟動時的文件檢查異常。最后釋放前面獲得的系統(tǒng)標識符，至此，客戶端工具完成整個備份流程。
在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端，備份主要在函數(shù)中進行，該函數(shù)主要接收客戶端命令，并根據(jù)命令標識符進行處理。
（1） 命令對應(yīng)的標識符為，處理函數(shù)為，在中，構(gòu)造和的數(shù)據(jù)元組，返回給客戶端備份工具。
（2） LABEL命令對應(yīng)的標識符為，對應(yīng)的主要處理函數(shù)為，在函數(shù)中，首先調(diào)用ions解析備份的命令參數(shù)，包括備份標簽（label）、備份進度（）、快速檢查點（fast）、是否等待（）、是否包括redo日志（wal）等選項參數(shù)，最后調(diào)用函數(shù)發(fā)送日志文件的路徑，接著調(diào)用函數(shù)執(zhí)行數(shù)據(jù)文件的備份。在函數(shù)中，首先調(diào)用執(zhí)行備份權(quán)限檢查，根據(jù)備份命令行參數(shù)決定是否請求檢查點（函數(shù)），然后生成備份標簽文件，是備份的重要文件master數(shù)據(jù)庫是，這個文件包括的內(nèi)容如下。
① START WAL ：備份開始時日志的位置。
② ：檢查點的位置。
③ ：備份方法，方式還是方式。沒有指定備份標簽文件master數(shù)據(jù)庫是，整個數(shù)據(jù)庫只能同時運行一個備份。方式有備份標簽文件，可以同時運行多個備份。
④ FROM：備份源還是。
⑤ START TIME：備份開始的物理時間。
⑥ LABEL：備份標簽。
文件最重要的作用是記錄數(shù)據(jù)庫恢復(fù)的起始位置，在數(shù)據(jù)庫恢復(fù)時使用，其次是對本次備份的一個標識及記錄一些備份的參考信息。
最后調(diào)用函數(shù)把備份開始時的日志位置發(fā)送給客戶端。
函數(shù)在/* about all */while ((de = (, "")) != NULL) 循環(huán)讀取每個表空間的數(shù)據(jù)文件，通過調(diào)用，把表空間目錄下的數(shù)據(jù)文件發(fā)送給客戶端備份工具。在把全部文件發(fā)送給客戶備份工具后，調(diào)用進行停止備份的處理，在函數(shù)中，先解析原來備份的文件，獲取備份起始的XLOG位置，寫入到日志文件，然后調(diào)用進行XLOG文件段切換，方便歸檔快速完成。請求一次新的檢查點，寫當(dāng)前備份的歷史文件“”.文件，調(diào)用清除歷史備份文件。如果需要等待歸檔則等待日志歸檔完成，停止備份結(jié)束后，調(diào)用把備份結(jié)束的XLOG位置發(fā)送給客戶端備份工具，服務(wù)器端備份命令的處理流程就結(jié)束了。
對應(yīng)的標識符為d，處理函數(shù)為，在函數(shù)中，首先給客戶端工具發(fā)送響應(yīng)消息，然后調(diào)用設(shè)置流復(fù)制開始位置，然后設(shè)置為true，啟動正式的流復(fù)制過程。
2. tar壓縮包格式備份
tar壓縮包格式備份的處理函數(shù)為，具體過程如下。
（1） 根據(jù)備份內(nèi)容（全部還是具體表空間）和是否壓縮，確定文件名稱是base.tar[.gz]還是.tar[.gz]。
（2） 打開tar文件，接收數(shù)據(jù)庫服務(wù)器發(fā)送的COPY數(shù)據(jù)流，寫入tar文件，直到復(fù)制完整個內(nèi)容。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器往發(fā)送的數(shù)據(jù)流就是一個壓縮后的tar流。
如前所述，的tar包格式是自定義的，所以需要實現(xiàn)解包。解包的命令為GsTar，主要有兩個命令行參數(shù)。
① -D, --=，解壓后的文件存放路徑；
②-F, --=，需要解壓的tar包。
以上內(nèi)容為備份恢復(fù)機制：全量備份技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，后續(xù)將接著分享“增量備份技術(shù)”的精彩內(nèi)容，敬請期待！
END