Point In Time Recovery

Module I2

Dalibo SCOP

24.04

17 avril 2024

Sur ce document

Formation	Module I2
Titre	Point In Time Recovery
Révision	24.04
PDF	https://dali.bo/i2_pdf
EPUB	https://dali.bo/i2_epub
HTML	https://dali.bo/i2_html
Slides	https://dali.bo/i2_slides
TP	https://dali.bo/i2_tp
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Au‑delà du contenu technique en lui‑même, notre intention est de transmettre les valeurs qui animent et unissent les développeurs de PostgreSQL depuis toujours : partage, ouverture, transparence, créativité, dynamisme… Le but premier de nos formations est de vous aider à mieux exploiter toute la puissance de PostgreSQL mais nous espérons également qu’elles vous inciteront à devenir un membre actif de la communauté en partageant à votre tour le savoir‑faire que vous aurez acquis avec nous.

Nous mettons un point d’honneur à maintenir nos manuels à jour, avec des informations précises et des exemples détaillés. Toutefois malgré nos efforts et nos multiples relectures, il est probable que ce document contienne des oublis, des coquilles, des imprécisions ou des erreurs. Si vous constatez un souci, n’hésitez pas à le signaler via l’adresse formation@dalibo.com !

À propos de DALIBO

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Remerciements

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Forme de ce manuel

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Cela inclut les diapositives, les manuels eux-mêmes et les travaux pratiques. Cette formation peut également contenir quelques images et schémas dont la redistribution est soumise à des licences différentes qui sont alors précisées.

Marques déposées

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Versions de PostgreSQL couvertes

Ce document ne couvre que les versions supportées de PostgreSQL au moment de sa rédaction, soit les versions 12 à 16.

Sauvegarde physique à chaud et PITR

Introduction

Sauvegarde traditionnelle
- sauvegarde pg_dump à chaud
- sauvegarde des fichiers à froid
Insuffisant pour les grosses bases
- long à sauvegarder
- encore plus long à restaurer
Perte de données potentiellement importante
- car impossible de réaliser fréquemment une sauvegarde
Une solution : la sauvegarde PITR

Mettre en place la sauvegarde PITR
- sauvegarde : manuelle, ou avec pg_basebackup
- archivage : manuel, ou avec pg_receivewal
Restaurer une sauvegarde PITR
Des outils

PITR

Point In Time Recovery
À chaud
En continu
Cohérente

Principes

Les journaux de transactions contiennent toutes les modifications
Il faut les archiver
- …et avoir une image des fichiers à un instant t
La restauration se fait en restaurant cette image
- …et en rejouant les journaux
- dans l’ordre
- entièrement
- ou partiellement (ie jusqu’à un certain moment)

Quand une transaction est validée, les données à écrire dans les fichiers de données sont d’abord écrites dans un journal de transactions. Ces journaux décrivent donc toutes les modifications survenant sur les fichiers de données, que ce soit les objets utilisateurs comme les objets systèmes. Pour reconstruire un système, il suffit donc d’avoir ces journaux et d’avoir un état des fichiers du répertoire des données à un instant t. Toutes les actions effectuées après cet instant t pourront être rejouées en demandant à PostgreSQL d’appliquer les actions contenues dans les journaux. Les opérations stockées dans les journaux correspondent à des modifications physiques de fichiers, il faut donc partir d’une sauvegarde au niveau du système de fichier, un export avec pg_dump n’est pas utilisable.

Il est donc nécessaire de conserver ces journaux de transactions. Or PostgreSQL les recycle dès qu’il n’en a plus besoin. La solution est de demander au moteur de les archiver ailleurs avant ce recyclage. On doit aussi disposer de l’ensemble des fichiers qui composent le répertoire des données (incluant les tablespaces si ces derniers sont utilisés).

La restauration a besoin des journaux de transactions archivés. Il ne sera pas possible de restaurer et éventuellement revenir à un point donné avec la sauvegarde seule. En revanche, une fois la sauvegarde des fichiers restaurée et la configuration réalisée pour rejouer les journaux archivés, il sera possible de les rejouer tous ou seulement une partie d’entre eux (en s’arrêtant à un certain moment). Ils doivent impérativement être rejoués dans l’ordre de leur écriture (et donc de leur nom).

Avantages

Sauvegarde à chaud
Rejeu d’un grand nombre de journaux
Moins de perte de données

Tout le travail est réalisé à chaud, que ce soit l’archivage des journaux ou la sauvegarde des fichiers de la base. En effet, il importe peu que les fichiers de données soient modifiés pendant la sauvegarde car les journaux de transactions archivés permettront de corriger toute incohérence par leur application.

Il est possible de rejouer un très grand nombre de journaux (une journée, une semaine, un mois, etc.). Évidemment, plus il y a de journaux à appliquer, plus cela prendra du temps. Mais il n’y a pas de limite au nombre de journaux à rejouer.

Dernier avantage, c’est le système de sauvegarde qui occasionnera le moins de perte de données. Généralement, une sauvegarde pg_dump s’exécute toutes les nuits, disons à 3 h du matin. Supposons qu’un gros problème survienne à midi. S’il faut restaurer la dernière sauvegarde, la perte de données sera de 9 h. Le volume maximum de données perdu correspond à l’espacement des sauvegardes. Avec l’archivage continu des journaux de transactions, la fenêtre de perte de données va être fortement réduite. Plus l’activité est intense, plus la fenêtre de temps sera petite : il faut changer de fichier de journal pour que le journal précédent soit archivé et les fichiers de journaux sont de taille fixe.

Pour les systèmes n’ayant pas une grosse activité, il est aussi possible de forcer un changement de journal à intervalle régulier, ce qui a pour effet de forcer son archivage, et donc dans les faits de pouvoir s’assurer une perte correspondant au maximum à cet intervalle.

Inconvénients

Sauvegarde de l’instance complète
Nécessite un grand espace de stockage (données + journaux)
Risque d’accumulation des journaux
- dans pg_wal en cas d’échec d’archivage… avec arrêt si il est plein !
- dans le dépôt d’archivage si échec des sauvegardes
Restauration de l’instance complète
Impossible de changer d’architecture (même OS conseillé)
Plus complexe

Certains inconvénients viennent directement du fait qu’on copie les fichiers : sauvegarde et restauration complète (impossible de ne restaurer qu’une seule base ou que quelques tables), restauration sur la même architecture (32/64 bits, little/big endian). Il est même fortement conseillé de restaurer dans la même version du même système d’exploitation, sous peine de devoir réindexer l’instance (différence de définition des locales notamment).

Elle nécessite en plus un plus grand espace de stockage car il faut sauvegarder les fichiers (dont les index) ainsi que les journaux de transactions sur une certaine période, ce qui peut être volumineux (en tout cas beaucoup plus que des pg_dump).

En cas de problème dans l’archivage et selon la méthode choisie, l’instance ne voudra pas effacer les journaux non archivés. Il y a donc un risque d’accumulation de ceux-ci. Il faudra donc surveiller la taille du pg_wal. En cas de saturation, PostgreSQL s’arrête !

Enfin, la sauvegarde PITR est plus complexe à mettre en place qu’une sauvegarde pg_dump. Elle nécessite plus d’étapes, une réflexion sur l’architecture à mettre en œuvre et une meilleure compréhension des mécanismes internes à PostgreSQL pour en avoir la maîtrise.

Copie physique à chaud ponctuelle avec pg_basebackup

Réalise les différentes étapes d’une sauvegarde
- via 1 ou 2 connexions de réplication + slots de réplication
- base backup + journaux nécessaires
Copie intégrale,
- image de la base à la fin du backup
Pas de copie incrémentale
Configuration : streaming (rôle, droits, slots)

$ pg_basebackup --format=tar --wal-method=stream \
 --checkpoint=fast --progress -h 127.0.0.1 -U sauve \
 -D /var/lib/postgresql/backups/

Description :

pg_basebackup est un produit qui a beaucoup évolué dans les dernières versions de PostgreSQL. De plus, le paramétrage par défaut le rend immédiatement utilisable.

Il permet de réaliser toute la sauvegarde de l’instance, à distance, via deux connexions de réplication : une pour les données, une pour les journaux de transactions qui sont générés pendant la copie. Sa compression permet d’éviter une durée de transfert ou une place disque occupée trop importante. Cela a évidemment un coût, notamment au niveau CPU, sur le serveur ou sur le client suivant le besoin. Il est simple à mettre en place et à utiliser, et permet d’éviter de nombreuses étapes que nous verrons par la suite.

Par contre, il ne permet pas de réaliser une sauvegarde incrémentale, et ne permet pas de continuer à archiver les journaux, contrairement aux outils de PITR classiques. Cependant, ceux-ci peuvent l’utiliser pour réaliser la première copie des fichiers d’une instance.

Mise en place :

pg_basebackup nécessite des connexions de réplication. Il peut utiliser un slot de réplication, une technique qui fiabilise la sauvegarde ou la réplication en indiquant à l’instance quels journaux elle doit conserver. Par défaut, tout est en place pour une connexion en local :

wal_level = replica
max_wal_senders = 10
max_replication_slots = 10

Ensuite, il faut configurer le fichier pg_hba.conf pour accepter la connexion du serveur où est exécutée pg_basebackup. Dans notre cas, il s’agit du même serveur avec un utilisateur dédié :

host  replication  sauve  127.0.0.1/32  scram-sha-256

Enfin, il faut créer un utilisateur dédié à la réplication (ici sauve) qui sera le rôle créant la connexion et lui attribuer un mot de passe :

CREATE ROLE sauve LOGIN REPLICATION;
\password sauve

Dans un but d’automatisation, le mot de passe finira souvent dans un fichier .pgpass ou équivalent.

Il ne reste plus qu’à :

lancer pg_basebackup, ici en lui demandant une archive au format tar ;
archiver les journaux en utilisant une connexion de réplication par streaming ;
forcer le checkpoint.

Cela donne la commande suivante, ici pour une sauvegarde en local :

$ pg_basebackup --format=tar --wal-method=stream \
 --checkpoint=fast --progress -h 127.0.0.1 -U sauve \
 -D /var/lib/postgresql/backups/

644320/644320 kB (100%), 1/1 tablespace

Le résultat est ici un ensemble des deux archives : les journaux sont à part et devront être dépaquetés dans le pg_wal à la restauration.

$ ls -l /var/lib/postgresql/backups/
total 4163772
-rw------- 1 postgres postgres 659785216 Oct  9 11:37 base.tar
-rw------- 1 postgres postgres  16780288 Oct  9 11:37 pg_wal.tar

La cible doit être vide. En cas d’arrêt avant la fin, il faudra tout recommencer de zéro, c’est une limite de l’outil.

Restauration :

Pour restaurer, il suffit de remplacer le PGDATA corrompu par le contenu de l’archive, ou de créer une nouvelle instance et de remplacer son PGDATA par cette sauvegarde. Au démarrage, l’instance repérera qu’elle est une sauvegarde restaurée et réappliquera les journaux. L’instance contiendra les données telles qu’elles étaient à la fin du pg_basebackup.

Noter que les fichiers de configuration ne sont PAS inclus s’ils ne sont pas dans le PGDATA, notamment sur Debian et ses versions dérivées.

Différences entre les versions :

Un slot temporaire sera créé par défaut pour garantir que le serveur gardera les journaux jusqu’à leur copie intégrale.

À partir de la version 13, la commande pg_basebackup crée un fichier manifeste contenant la liste des fichiers sauvegardés, leur taille et une somme de contrôle. Cela permet de vérifier la sauvegarde avec l’outil pg_verifybackup (ce dernier ne fonctionne hélas que sur une sauvegarde au format plain, ou décompressée).

Lisez bien la documentation de pg_basebackup pour votre version précise de PostgreSQL, des options ont changé de nom au fil des versions.

Même avec un serveur un peu ancien, il est possible d’installer un pg_basebackup récent, en installant les outils clients de la dernière version de PostgreSQL.

L’outil est développé plus en détail dans notre module I4.

Sauvegarde PITR

2 étapes :

Archivage des journaux de transactions
- archivage interne
- ou outil pg_receivewal
Sauvegarde des fichiers
- pg_basebackup
- ou manuellement (outils de copie classiques)

Méthodes d’archivage

Deux méthodes :
- processus interne archiver
- outil pg_receivewal (flux de réplication)

Choix du répertoire d’archivage

À faire quelle que soit la méthode d’archivage
Attention aux droits d’écriture dans le répertoire
- la commande configurée pour la copie doit pouvoir écrire dedans
- et potentiellement y lire

Dans le cas de l’archivage historique, le serveur PostgreSQL va exécuter une commande qui va copier les journaux à l’extérieur de son répertoire de travail :

sur un disque différent du même serveur ;
sur un disque d’un autre serveur ;
sur des bandes, un CDROM, etc.

Dans le cas de l’archivage avec pg_receivewal, c’est cet outil qui va écrire les journaux dans un répertoire de travail. Cette écriture ne peut se faire qu’en local. Cependant, le répertoire peut se trouver dans un montage NFS.

L’exemple pris ici utilise le répertoire /mnt/nfs1/archivage comme répertoire de copie. Ce répertoire est en fait un montage NFS. Il faut donc commencer par créer ce répertoire et s’assurer que l’utilisateur Unix (ou Windows) postgres peut écrire dedans :

 # mkdir /mnt/nfs1/archivage
 # chown postgres:postgres /mnt/nfs1/archivage

Processus archiver : configuration

configuration (postgresql.conf)
- wal_level = replica
- archive_mode = on (ou always)
- archive_command = '… une commande …'
- ou : archive_library = '… une bibliothèque …' (v15+)
- archive_timeout = '… min'
Ne pas oublier de forcer l’écriture de l’archive sur disque
Code retour de l’archivage entre 0 (ok) et 125

Après avoir créé le répertoire d’archivage, il faut configurer PostgreSQL pour lui indiquer comment archiver.

Niveau d’archivage :

La valeur par défaut de wal_level est adéquate :

wal_level = replica

Ce paramètre indique le niveau des informations écrites dans les journaux de transactions. Avec un niveau minimal, les journaux ne servent qu’à garantir la cohérence des fichiers de données en cas de crash. Dans le cas d’un archivage, il faut écrire plus d’informations, d’où la nécessité du niveau replica (qui est celui par défaut). Le niveau logical, nécessaire à la réplication logique, convient également.

Mode d’archivage :

Il s’active ainsi sur une instance seule ou primaire :

archive_mode = on

(La valeur always permet d’archiver depuis un secondaire). Le changement nécessite un redémarrage !

Commande d’archivage :

Enfin, une commande d’archivage doit être définie par le paramètre archive_command. archive_command sert à archiver un seul fichier à chaque appel.

PostgreSQL l’appelle une fois pour chaque fichier WAL, impérativement dans l’ordre des fichiers. En cas d’échec, elle est répétée indéfiniment jusqu’à réussite, avant de passer à l’archivage du fichier suivant. C’est la technique encore la plus utilisée.

(Noter qu’à partir de la version 15, il existe une alternative, avec l’utilisation du paramètre archive_library. Il est possible d’indiquer une bibliothèque partagée qui fera ce travail d’archivage. Une telle bibliothèque, écrite en C, devrait être plus puissante et performante. Un module basique est fourni avec PostgreSQL : basic_archive. Notre blog présente un exemple fonctionnel de module d’archivage utilisant une extension en C pour compresser les journaux de transactions. Mais en production, il vaudra mieux utiliser une bibliothèque fournie par un outil PITR reconnu. Cependant, à notre connaissance (en décembre 2023), aucun n’utilise encore cette fonctionnalité. L’utilisation simultanée de archive_command et archive_library est déconseillée, et interdite depuis PostgreSQL 16.)

Exemples d’archive_command :

PostgreSQL laisse le soin à l’administrateur de définir la méthode d’archivage des journaux de transactions suivant son contexte. Si vous utilisez un outil de sauvegarde, la commande vous sera probablement fournie. Une simple commande de copie suffit dans la plupart des cas. La directive archive_command peut alors être positionnée comme suit :

archive_command = 'cp %p /mnt/nfs1/archivage/%f'

Le joker %p est remplacé par le chemin complet vers le journal de transactions à archiver, alors que le joker %f correspond au nom du journal de transactions une fois archivé.

En toute rigueur, une copie du fichier ne suffit pas. Par exemple, dans le cas de la commande cp, le nouveau fichier n’est pas immédiatement écrit sur disque. La copie est effectuée dans le cache disque du système d’exploitation. En cas de crash juste après la copie, il est tout à fait possible de perdre l’archive. Il est donc essentiel d’ajouter une étape de synchronisation du cache sur disque.

La commande d’archivage suivante est donnée dans la documentation officielle à titre d’exemple :

archive_command = 'test ! -f /mnt/server/archivedir/%f && cp %p /mnt/server/archivedir/%f'

Cette commande a deux inconvénients. Elle ne garantit pas que les données seront synchronisées sur disque. De plus si le fichier existe ou a été copié partiellement à cause d’une erreur précédente, la copie ne s’effectuera pas.

Cette protection est une bonne chose. Cependant, il faut être vigilant lorsque l’on rétablit le fonctionnement de l’archiver suite à un incident ayant provoqué des écritures partielles dans le répertoire d’archive, comme une saturation de l’espace disque.

Il est aussi possible de placer dans archive_command le nom d’un script bash, perl ou autre. L’intérêt est de pouvoir faire plus qu’une simple copie. On peut y ajouter la demande de synchronisation du cache sur disque. Il peut aussi être intéressant de tracer l’action de l’archivage par exemple, ou encore de compresser le journal avant archivage.

Il faut s’assurer d’une seule chose : la commande d’archivage doit retourner 0 en cas de réussite et surtout une valeur différente de 0 en cas d’échec.

Si le code retour de la commande est compris entre 1 et 125, PostgreSQL va tenter périodiquement d’archiver le fichier jusqu’à ce que la commande réussisse (autrement dit, renvoie 0).

Tant qu’un fichier journal n’est pas considéré comme archivé avec succès, PostgreSQL ne le supprimera ou recyclera pas !

Il ne cherchera pas non plus à archiver les fichiers suivants.

De plus si le code retour de la commande est supérieur à 125, le processus archiver redémarrera, et l’erreur ne sera pas comptabilisée dans la vue pg_stat_archiver !

Ce cas de figure inclut les erreurs de type command not found associées aux codes retours 126 et 127, ou le cas de rsync, qui renvoie un code retour 255 en cas d’erreur de syntaxe ou de configuration du ssh.

Il est donc important de surveiller le processus d’archivage et de faire remonter les problèmes à un opérateur. Les causes d’échec sont nombreuses : problème réseau, montage inaccessible, erreur de paramétrage de l’outil, droits insuffisants ou expirés, génération de journaux trop rapide…

À titre d’exemple encore, les commandes fournies par pgBackRest ou barman ressemblent à ceci :

# pgBackRest
archive_command='/usr/bin/pgbackrest --stanza=prod archive-push %p'

# barman
archive_command='/usr/bin/barman-wal-archive backup prod %p'

Enfin, le paramétrage suivant archive « dans le vide ». Cette astuce est utilisée lors de certains dépannages, ou pour éviter le redémarrage que nécessiterait la désactivation de archive_mode.

archive_mode = on
archive_command = '/bin/true'

Période minimale entre deux archivages :

Si l’activité en écriture est très réduite, il peut se passer des heures entre deux archivages de journaux. Il est alors conseillé de forcer un archivage périodique, même si le journal n’a pas été rempli complètement, en indiquant un délai maximum entre deux archivages :

archive_timeout = '5min'

(La valeur par défaut, 0, désactive ce comportement.) Comme la taille d’un fichier journal, même incomplet, reste fixe (16 Mo par défaut), la consommation en terme d’espace disque sera plus importante (la compression par l’outil d’archivage peut compenser cela), et le temps de restauration plus long.

Processus archiver : lancement

Redémarrage de PostgreSQL
- si modification de wal_level et/ou archive_mode
ou rechargement de la configuration

Processus archiver : supervision

Vue pg_stat_archiver
pg_wal/archive_status/
Taille de pg_wal
- si saturation : Arrêt !
Traces

PostgreSQL archive les journaux impérativement dans l’ordre.

S’il y a un problème d’archivage d’un journal, les suivants ne seront pas archivés non plus, et vont s’accumuler dans pg_wal ! De plus, une saturation de la partition portant pg_wal mènera à l’arrêt de l’instance PostgreSQL !

La supervision se fait de quatre manières complémentaires.

Taille :

Si le répertoire pg_wal commence à grossir fortement, c’est que PostgreSQL n’arrive plus à recycler ses journaux de transactions : c’est un indicateur d’une commande d’archivage n’arrivant pas à faire son travail pour une raison ou une autre. Ce peut être temporaire si l’archivage est juste lent. Si l’archivage est bloqué, ce répertoire grossira indéfiniment.

Vue pg_stat_archiver :

La vue système pg_stat_archiver indique les derniers journaux archivés et les dernières erreurs. Dans l’exemple suivant, il y a eu un problème pendant quelques secondes, d’où 6 échecs, avant que l’archivage reprenne :

# SELECT * FROM pg_stat_archiver \gx

-[ RECORD 1 ]------+------------------------------
archived_count     | 156
last_archived_wal  | 0000000200000001000000D9
last_archived_time | 2020-01-17 18:26:03.715946+00
failed_count       | 6
last_failed_wal    | 0000000200000001000000D7
last_failed_time   | 2020-01-17 18:24:24.463038+00
stats_reset        | 2020-01-17 16:08:37.980214+00

Comme dit plus haut, pour que cette supervision soit fiable, la commande exécutée doit renvoyer un code retour inférieur ou égal à 125. Dans le cas contraire, le processus archiver redémarre et l’erreur n’apparaît pas dans la vue !

Traces :

On trouvera la sortie et surtout les messages d’erreurs du script d’archivage dans les traces (qui dépendent bien sûr du script utilisé) :

2020-01-17 18:24:18.427 UTC [15431] LOG:  archive command failed with exit code 3
2020-01-17 18:24:18.427 UTC [15431] DETAIL:  The failed archive command was:
  rsync pg_wal/0000000200000001000000D7 /opt/pgsql/archives/0000000200000001000000D7
rsync: change_dir#3 "/opt/pgsql/archives" failed: No such file or directory (2)
rsync error: errors selecting input/output files, dirs (code 3) at main.c(695)
  [Receiver=3.1.2]
2020-01-17 18:24:19.456 UTC [15431] LOG:  archive command failed with exit code 3
2020-01-17 18:24:19.456 UTC [15431] DETAIL:  The failed archive command was:
  rsync pg_wal/0000000200000001000000D7 /opt/pgsql/archives/0000000200000001000000D7
rsync: change_dir#3 "/opt/pgsql/archives" failed: No such file or directory (2)
rsync error: errors selecting input/output files, dirs (code 3) at main.c(695)
  [Receiver=3.1.2]
2020-01-17 18:24:20.463 UTC [15431] LOG:  archive command failed with exit code 3

C’est donc le premier endroit à regarder en cas de souci ou lors de la mise en place de l’archivage.

pg_wal/archive_status :

Enfin, on peut monitorer les fichiers présents dans pg_wal/archive_status. Les fichiers .ready, de taille nulle, indiquent en permanence quels sont les journaux prêts à être archivés. Théoriquement, leur nombre doit donc rester faible et retomber rapidement à 0 ou 1. Le service ready_archives de la sonde Nagios check_pgactivity se base sur ce répertoire.

postgres=# SELECT * FROM pg_ls_dir ('pg_wal/archive_status') ORDER BY 1;

           pg_ls_dir
--------------------------------
 0000000200000001000000DE.done
 0000000200000001000000DF.done
 0000000200000001000000E0.done
 0000000200000001000000E1.ready
 0000000200000001000000E2.ready
 0000000200000001000000E3.ready
 0000000200000001000000E4.ready
 0000000200000001000000E5.ready
 0000000200000001000000E6.ready
 00000002.history.done

pg_receivewal

Archivage via le protocole de réplication
Enregistre en local les journaux de transactions
Permet de faire de l’archivage PITR
- toujours au plus près du primaire
Slots de réplication obligatoires

pg_receivewal est un outil permettant de se faire passer pour un serveur secondaire utilisant la réplication en flux (streaming replication) dans le but d’archiver en continu les journaux de transactions. Il fonctionne habituellement sur un autre serveur, où seront archivés les journaux. C’est une alternative à l’archiver.

Comme il utilise le protocole de réplication, les journaux archivés ont un retard bien inférieur à celui induit par la configuration du paramètre archive_command ou du paramètre archive_library, les journaux de transactions étant écrits au fil de l’eau avant d’être complets. Cela permet donc de faire de l’archivage PITR avec une perte de données minimum en cas d’incident sur le serveur primaire. On peut même utiliser une réplication synchrone (paramètres synchronous_commit et synchronous_standby_names) pour ne perdre aucune transaction, si l’on accepte un impact certain sur la latence des transactions.

Cet outil utilise les mêmes options de connexion que la plupart des outils PostgreSQL, avec en plus l’option -D pour spécifier le répertoire où sauvegarder les journaux de transactions. L’utilisateur spécifié doit bien évidemment avoir les attributs LOGIN et REPLICATION.

Comme il s’agit de conserver toutes les modifications effectuées par le serveur dans le cadre d’une sauvegarde permanente, il est nécessaire de s’assurer qu’on ne puisse pas perdre des journaux de transactions. Il n’y a qu’un seul moyen pour cela : utiliser la technologie des slots de réplication. En utilisant un slot de réplication, pg_receivewal s’assure que le serveur ne va pas recycler des journaux dont pg_receivewal n’aurait pas reçu les enregistrements. On retrouve donc le risque d’accumulation des journaux sur le serveur principal si pg_receivewal ne fonctionne pas.

Voici l’aide de cet outil en v15 :

$ pg_receivewal --help
pg_receivewal reçoit le flux des journaux de transactions PostgreSQL.

Usage :
  pg_receivewal [OPTION]...

Options :
  -D, --directory=RÉPERTOIRE     reçoit les journaux de transactions dans ce
                                 répertoire
  -E, --endpos=LSN               quitte après avoir reçu le LSN spécifié
      --if-not-exists            ne pas renvoyer une erreur si le slot existe
                                 déjà lors de sa création
  -n, --no-loop                  ne boucle pas en cas de perte de la connexion
      --no-sync                  n'attend pas que les modifications soient
                                 proprement écrites sur disque
  -s, --status-interval=SECS     durée entre l'envoi de paquets de statut au
                                 (par défaut 10)
  -S, --slot=NOMREP              slot de réplication à utiliser
      --synchronous              vide le journal de transactions immédiatement
                                 après son écriture
  -v, --verbose                  affiche des messages verbeux
  -V, --version                  affiche la version puis quitte
  -Z, --compress=METHOD[:DETAIL]
                                 compresse comme indiqué
  -?, --help                     affiche cette aide puis quitte

Options de connexion :
  -d, --dbname=CHAÎNE_CONNEX     chaîne de connexion
  -h, --host=HÔTE                hôte du serveur de bases de données ou
                                 répertoire des sockets
  -p, --port=PORT                numéro de port du serveur de bases de données
  -U, --username=UTILISATEUR     se connecte avec cet utilisateur
  -w, --no-password              ne demande jamais le mot de passe
  -W, --password                 force la demande du mot de passe (devrait
                                 survenir automatiquement)

Actions optionnelles :
      --create-slot              crée un nouveau slot de réplication
                                 (pour le nom du slot, voir --slot)
      --drop-slot                supprime un nouveau slot de réplication
                                 (pour le nom du slot, voir --slot)

Rapporter les bogues à <pgsql-bugs@lists.postgresql.org>.
Page d'accueil de PostgreSQL : <https://www.postgresql.org/>

pg_receivewal - configuration serveur

postgresql.conf :

# configuration  par défaut
max_wal_senders = 10
max_replication_slots = 10

pg_hba.conf :

host  replication  repli_user  192.168.0.0/24  scram-sha-256

Utilisateur de réplication :

CREATE ROLE repli_user LOGIN REPLICATION PASSWORD 'supersecret'

Le paramètre max_wal_senders indique le nombre maximum de connexions de réplication sur le serveur. Logiquement, une valeur de 1 serait suffisante, mais il faut compter sur quelques soucis réseau qui pourraient faire perdre la connexion à pg_receivewal sans que le serveur primaire n’en soit mis au courant, et du fait que certains autres outils peuvent utiliser la réplication. max_replication_slots indique le nombre maximum de slots de réplication. Pour ces deux paramètres, le défaut est 10 et suffit dans la plupart des cas.

Si l’on modifie un de ces paramètres, il est nécessaire de redémarrer le serveur PostgreSQL.

Les connexions de réplication nécessitent une configuration particulière au niveau des accès. D’où la modification du fichier pg_hba.conf. Le sous-réseau (192.168.0.0/24) est à modifier suivant l’adressage utilisé. Il est d’ailleurs préférable de n’indiquer que le serveur où est installé pg_receivewal (plutôt que l’intégralité d’un sous-réseau).

L’utilisation d’un utilisateur de réplication n’est pas obligatoire mais fortement conseillée pour des raisons de sécurité.

pg_receivewal - redémarrage du serveur

Redémarrage de PostgreSQL
Slot de réplication

SELECT pg_create_physical_replication_slot('archivage');

pg_receivewal - lancement de l’outil

Exemple de lancement

pg_receivewal -D /data/archives -S archivage

Journaux créés en temps réel dans le répertoire de stockage
Mise en place d’un script de démarrage
S’il n’arrive pas à joindre le serveur primaire
- Au démarrage de l’outil : pg_receivewal s’arrête
- En cours d’exécution : pg_receivewal tente de se reconnecter
Nombreuses options

On peut alors lancer pg_receivewal :

pg_receivewal -h 192.168.0.1 -U repli_user -D /data/archives -S archivage

Les journaux de transactions sont alors créés en temps réel dans le répertoire indiqué (ici, /data/archives) :

-rwx------  1 postgres postgres  16MB juil. 27 00000001000000000000000E*
-rwx------  1 postgres postgres  16MB juil. 27 00000001000000000000000F*
-rwx------  1 postgres postgres  16MB juil. 27 000000010000000000000010.partial*

En cas d’incident sur le serveur primaire, il est alors possible de partir d’une sauvegarde physique et de rejouer les journaux de transactions disponibles (sans oublier de supprimer l’extension .partial du dernier journal).

Il faut mettre en place un script de démarrage pour que pg_receivewal soit redémarré en cas de redémarrage du serveur.

Avantages et inconvénients

Méthode archiver
- simple à mettre en place
- perte au maximum d’un journal de transactions
Méthode pg_receivewal
- mise en place plus complexe
- perte minimale voire nulle

La méthode archiver est la méthode la plus simple à mettre en place. Elle se lance au lancement du serveur PostgreSQL, donc il n’est pas nécessaire de créer et installer un script de démarrage. Cependant, un journal de transactions n’est archivé que quand PostgreSQL l’ordonne, soit parce qu’il a rempli le journal en question, soit parce qu’un utilisateur a forcé un changement de journal (avec la fonction pg_switch_wal ou suite à un pg_backup_stop), soit parce que le délai maximum entre deux archivages a été dépassé (paramètre archive_timeout). Il est donc possible de perdre un grand nombre de transactions (même si cela reste bien inférieur à la perte qu’une restauration d’une sauvegarde logique occasionnerait).

La méthode pg_receivewal est plus complexe à mettre en place. Il faut exécuter ce démon, généralement sur un autre serveur. Un script de démarrage doit donc être configuré. Par contre, elle a le gros avantage de ne perdre pratiquement aucune transaction, surtout en mode synchrone. Les enregistrements de transactions sont envoyés en temps réel à pg_receivewal. Ce dernier les place dans un fichier de suffixe .partial, qui est ensuite renommé pour devenir un journal de transactions complet.

Sauvegarde PITR manuelle

3 étapes :
- fonction de démarrage
- copie des fichiers par outil externe
- fonction d’arrêt
Exclusive : simple… & obsolète ! (< v15)
Concurrente : plus complexe à scripter
Aucun impact pour les utilisateurs ; pas de verrou
Préférer des outils dédiés qu’un script maison

Une fois l’archivage en place, une sauvegarde à chaud a lieu en trois temps :

l’appel à la fonction de démarrage ;
la copie elle-même par divers outils externes (PostgreSQL ne s’en occupe pas) ;
l’appel à la fonction d’arrêt.

La fonction de démarrage s’appelle pg_backup_start() à partir de la version 15 mais avait pour nom pg_start_backup() auparavant. De la même façon, la fonction d’arrêt s’appelle pg_backup_stop() à partir de la version 15, mais pg_stop_backup() avant.

La sauvegarde exclusive était la plus simple, et cela en faisait le choix par défaut. Il suffisait d’appeler les fonctions concernées avant et après la copie des fichiers. Il ne pouvait y en avoir qu’une à la fois. Elle ne fonctionnait que depuis un primaire.

À cause de ces limites et de différents problèmes, , la sauvegarde exclusive est déclarée obsolète depuis la 9.6, et n’est plus disponible depuis la version 15. Même sur les versions antérieures, il est conseillé d’utiliser dès maintenant des scripts utilisant les sauvegardes concurrentes.

Tout ce qui suit ne concerne plus que la sauvegarde concurrente.

La sauvegarde concurrente, apparue avec PostgreSQL 9.6, peut être lancée plusieurs fois en parallèle. C’est utile pour créer des secondaires alors qu’une sauvegarde physique tourne, par exemple. Elle est nettement plus complexe à gérer par script. Elle peut être exécutée depuis un serveur secondaire, ce qui allège la charge sur le primaire.

Pendant la sauvegarde, l’utilisateur ne verra aucune différence (à part peut-être la conséquence d’I/O saturées pendant la copie). Aucun verrou n’est posé. Lectures, écritures, suppression et création de tables, archivage de journaux et autres opérations continuent comme si de rien n’était.

La description du mécanisme qui suit est essentiellement destinée à la compréhension et l’expérimentation. En production, un script maison reste une possibilité, mais préférez des outils dédiés et fiables : pg_basebackup, pgBackRest…

Les sauvegardes manuelles servent cependant encore quand on veut utiliser une sauvegarde par snapshot, ou avec rsync (car pg_basebackup ne sait pas synchroniser vers une sauvegarde interrompue ou ancienne), et quand les outils conseillés ne sont pas utilisables ou disponibles sur le système.

Sauvegarde manuelle - 1/3 : pg_backup_start

SELECT pg_backup_start (

un_label : texte
fast : forcer un checkpoint ?

)

L’exécution de pg_backup_start() peut se faire depuis n’importe quelle base de données de l’instance.

(Rappelons que pour les versions avant la 15, la fonction s’appelle pg_start_backup(). Pour effectuer une sauvegarde non-exclusive avec ces versions, il faudra positionner un troisième paramètre à false.)

Le label (le texte en premier argument) n’a aucune importance pour PostgreSQL (il ne sert qu’à l’administrateur, pour reconnaître le backup).

Le deuxième argument est un booléen qui permet de demander un checkpoint immédiat, si l’on est pressé et si un pic d’I/O n’est pas gênant. Sinon il faudra attendre souvent plusieurs minutes (selon la configuration du déclenchement du prochain checkpoint, dépendant des paramètres checkpoint_timeout et max_wal_size et de la rapidité d’écriture imposée par checkpoint_completion_target).

La session qui exécute la commande pg_backup_start() doit être la même que celle qui exécutera plus tard pg_backup_stop(). Nous verrons que cette dernière fonction fournira de quoi créer deux fichiers, qui devront être nommés backup_label et tablespace_map. Si la connexion est interrompue avant pg_backup_stop(), alors la sauvegarde doit être considérée comme invalide.

En plus de rester connectés à la base, les scripts qui gèrent la sauvegarde concurrente doivent donc récupérer et conserver les informations renvoyées par la commande de fin de sauvegarde.

La sauvegarde PITR est donc devenue plus complexe au fil des versions, et il est donc recommandé d’utiliser plutôt pg_basebackup ou des outils la supportant (barman, pgBackRest…).

Sauvegarde manuelle - 2/3 : copie des fichiers

Cas courant : snapshot
- cohérence ? redondance ?
Sauvegarde des fichiers à chaud
- répertoire principal des données
- tablespaces
Copie forcément incohérente (la restauration des journaux corrigera)
rsync et autres outils
Ignorer :
- postmaster.pid, log, pg_wal, pg_replslot et quelques autres
Ne pas oublier : configuration !

La deuxième étape correspond à la sauvegarde des fichiers. Le choix de l’outil dépend de l’administrateur. Cela n’a aucune incidence au niveau de PostgreSQL.

La sauvegarde doit comprendre aussi les tablespaces si l’instance en dispose.

Snapshot :

Il est possible d’effectuer cette étape de copie des fichiers par snapshot au niveau de la baie, de l’hyperviseur, ou encore de l’OS (LVM, ZFS…).

Un snaphost cohérent, y compris entre les tablespaces, permet théoriquement de réaliser une sauvegarde en se passant des étapes pg_backup_start() et pg_backup_stop(). La restauration de ce snapshot équivaudra pour PostgreSQL à un redémarrage brutal.

Pour une sauvegarde PITR, il faudra cependant toujours encadrer le snapshot des appels aux fonctions de démarrage et d’arrêt ci-dessus, et c’est généralement ce que font les outils comme Veeam ou Tina. L’utilisation d’un tel outil implique de vérifier qu’il sait gérer les sauvegardes non exclusives pour utiliser PostgreSQL 15 et supérieurs.

Le point noir de la sauvegarde par snapshot est d’être liée au même système matériel que l’instance PostgreSQL (disque, hyperviseur, datacenter…) Une défaillance grave du matériel peut donc emporter, corrompre ou bloquer la sauvegarde en même temps que les données originales. La sécurité de l’instance est donc reportée sur celle de l’infrastructure sous-jacente. Une copie parallèle des données de manière plus classique est conseillée pour éviter un désastre total.

Copie manuelle :

La sauvegarde se fait à chaud : il est donc possible que pendant ce temps des fichiers changent, disparaissent avant d’être copiés ou apparaissent sans être copiés. Cela n’a pas d’importance en soi car les journaux de transactions corrigeront cela (leur archivage doit donc commencer avant le début de la sauvegarde et se poursuivre sans interruption jusqu’à la fin).

Il faut s’assurer que l’outil de sauvegarde supporte cela, c’est-à-dire qu’il soit capable de différencier les codes d’erreurs dus à « des fichiers ont bougé ou disparu lors de la sauvegarde » des autres erreurs techniques. tar par exemple convient : il retourne 1 pour le premier cas d’erreur, et 2 quand l’erreur est critique. rsync est très courant également.

Sur les plateformes Microsoft Windows, peu d’outils sont capables de copier des fichiers en cours de modification. Assurez-vous d’en utiliser un possédant cette fonctionnalité (il existe différents émulateurs des outils GNU sous Windows). Le plus sûr et simple est sans doute de renoncer à une copie manuelle des fichiers et d’utiliser pg_basebackup.

Exclusions :

Des fichiers et répertoires sont à ignorer, pour gagner du temps ou faciliter la restauration. Voici la liste exhaustive (disponible aussi dans la documentation officielle) :

postmaster.pid, postmaster.opts, pg_internal.init ;
les fichiers de données des tables non journalisées (unlogged) ;
pg_wal, ainsi que les sous-répertoires (mais à archiver séparément !) ;
pg_replslot : les slots de réplication seront au mieux périmés, au pire gênants sur l’instance restaurée ;
pg_dynshmem, pg_notify, pg_serial, pg_snapshots, pg_stat_tmp et pg_subtrans ne doivent pas être copiés (ils contiennent des informations propres à l’instance, ou qui ne survivent pas à un redémarrage) ;
les fichiers et répertoires commençant par pgsql_tmp (fichiers temporaires) ;
les fichiers autres que les fichiers et les répertoires standards (donc pas les liens symboliques).

On n’oubliera pas les fichiers de configuration s’ils ne sont pas dans le PGDATA.

Sauvegarde manuelle - 3/3 : pg_backup_stop

Ne pas oublier !!

SELECT * FROM pg_backup_stop (

true : attente de l’archivage

)

La dernière étape correspond à l’exécution de la procédure stockée SELECT * FROM pg_backup_stop().

N’oubliez pas d’exécuter pg_backup_stop(), de vérifier qu’il finit avec succès et de récupérer les informations qu’il renvoie !

Cet oubli trop courant rend vos sauvegardes inutilisables !

PostgreSQL va alors :

marquer cette fin de backup dans le journal des transactions (étape capitale pour la restauration) ;
forcer la finalisation du journal de transactions courant et donc son archivage, afin que la sauvegarde (fichiers + archives) soit utilisable même en cas de crash juste l’appel à la fonction : pg_backup_stop() ne rendra pas la main (par défaut) tant que ce dernier journal n’aura pas été archivé avec succès.

La fonction renvoie :

le lsn de fin de backup ;
un champ destiné au fichier backup_label ;
un champ destiné au fichier tablespace_map.

# SELECT * FROM pg_stop_backup() \gx

NOTICE:  all required WAL segments have been archived
-[ RECORD 1 ]---------------------------------------------------------------
lsn        | 22/2FE5C788
labelfile  | START WAL LOCATION: 22/2B000028 (file 00000001000000220000002B)+
           | CHECKPOINT LOCATION: 22/2B000060                               +
           | BACKUP METHOD: streamed                                        +
           | BACKUP FROM: master                                            +
           | START TIME: 2019-12-16 13:53:41 CET                            +
           | LABEL: rr                                                      +
           | START TIMELINE: 1                                              +
           |
spcmapfile | 134141 /tbl/froid                                              +
           | 134152 /tbl/quota                                              +
           |

Ces informations se retrouvent aussi dans un fichier .backup mêlé aux journaux :

# cat /var/lib/postgresql/12/main/pg_wal/00000001000000220000002B.00000028.backup

START WAL LOCATION: 22/2B000028 (file 00000001000000220000002B)
STOP WAL LOCATION: 22/2FE5C788 (file 00000001000000220000002F)
CHECKPOINT LOCATION: 22/2B000060
BACKUP METHOD: streamed
BACKUP FROM: master
START TIME: 2019-12-16 13:53:41 CET
LABEL: rr
START TIMELINE: 1
STOP TIME: 2019-12-16 13:54:04 CET
STOP TIMELINE: 1

Il faudra créer le fichier tablespace_map avec le contenu du champ spcmapfile :

134141 /tbl/froid
134152 /tbl/quota

… ce qui n’est pas trivial à scripter.

Ces deux fichiers devront être placés dans la sauvegarde, pour être présent d’entrée dans le PGDATA du serveur restauré.

À partir du moment où pg_backup_stop() rend la main, il est possible de restaurer la sauvegarde obtenue puis de rejouer les journaux de transactions suivants en cas de besoin, sur un autre serveur ou sur ce même serveur.

Tous les journaux archivés avant celui précisé par le champ START WAL LOCATION dans le fichier backup_label ne sont plus nécessaires pour la récupération de la sauvegarde du système de fichiers et peuvent donc être supprimés. Attention, il y a plusieurs compteurs hexadécimaux différents dans le nom du fichier journal, qui ne sont pas incrémentés de gauche à droite.

Sauvegarde de base à chaud : pg_basebackup

Outil de sauvegarde pouvant aussi servir au sauvegarde basique

Backup de base ici sans les journaux :

$ pg_basebackup --format=tar --wal-method=none \
 --checkpoint=fast --progress -h 127.0.0.1 -U sauve \
 -D /var/lib/postgresql/backups/

Fréquence de la sauvegarde de base

Dépend des besoins
De tous les jours à tous les mois
Plus elles sont espacées, plus la restauration est longue
- et plus le risque d’un journal corrompu ou absent est important

Suivi de la sauvegarde de base

Vue pg_stat_progress_basebackup
- à partir de la v13

Restaurer une sauvegarde PITR

Une procédure relativement simple
Mais qui doit être effectuée rigoureusement

Restaurer une sauvegarde PITR (1/5)

S’il s’agit du même serveur
- arrêter PostgreSQL
- supprimer le répertoire des données
- supprimer les tablespaces

Restaurer une sauvegarde PITR (2/5)

Restaurer les fichiers de la sauvegarde
Supprimer les fichiers compris dans le répertoire pg_wal restauré
- ou mieux, ne pas les avoir inclus dans la sauvegarde initialement
Restaurer le dernier journal de transactions connu (si disponible)

La sauvegarde des fichiers peut enfin être restaurée. Il faut bien porter attention à ce que les fichiers soient restaurés au même emplacement, tablespaces compris.

Une fois cette étape effectuée, il peut être intéressant de faire un peu de ménage. Par exemple, le fichier postmaster.pid peut poser un problème au démarrage. Conserver les journaux applicatifs n’est pas en soi un problème mais peut porter à confusion. Il est donc préférable de les supprimer. Quant aux journaux de transactions compris dans la sauvegarde, bien que ceux en provenance des archives seront utilisés même s’ils sont présents aux deux emplacements, il est préférable de les supprimer. La commande sera similaire à celle-ci :

$ rm postmaster.pid log/* pg_wal/[0-9A-F]*

Enfin, s’il est possible d’accéder au journal de transactions courant au moment de l’arrêt de l’ancienne instance, il est intéressant de le restaurer dans le répertoire pg_wal fraîchement nettoyé. Ce dernier sera pris en compte en toute fin de restauration des journaux depuis les archives et permettra donc de restaurer les toutes dernières transactions validées sur l’ancienne instance, mais pas encore archivées.

Restaurer une sauvegarde PITR (3/5)

Indiquer qu’on est en restauration
Commande de restauration
- restore_command = '… une commande …'
- dans postgresql.[auto.]conf

Quand PostgreSQL démarre après avoir subi un arrêt brutal, il ne restaure que les journaux en place dans pg_wal, puis il s’ouvre en écriture. Pour une restauration, il faut lui indiquer qu’il doit aller demander les journaux quelque part, et les rejouer tous jusqu’à épuisement, avant de s’ouvrir.

Pour cela, il suffit de créer un fichier vide recovery.signal dans le répertoire des données.

Pour la récupération des journaux, le paramètre essentiel est restore_command. Il contient une commande symétrique des paramètres archive_command (ou archive_library) pour l’archivage. Il s’agit d’une commande copiant un journal dans le pg_wal. Cette commande est souvent fournie par l’outil de sauvegarde PITR s’il y en a un. Si nous poursuivons notre exemple, ce paramètre pourrait être :

restore_command = 'cp /mnt/nfs1/archivage/%f %p'

Cette commande sera appelée après la restauration de chaque journal pour récupérer le suivant, qui sera restauré et ainsi de suite. Il n’y a aucune paralléllisation prévue, mais des outils de sauvegarde PITR peuvent le faire au sein de la commande.

Si le but est de restaurer tous les journaux archivés, il n’est pas nécessaire d’aller plus loin dans la configuration. La restauration se poursuivra jusqu’à ce que restore_command tombe en erreur, ce qui signifie l’épuisement de tous les journaux disponibles, et la fin de la restauration.

Au cas où vous rencontreriez une instance en version 11 ou antérieure, il faut savoir que la restauration se paramétrait dans un fichier texte dans le PGDATA, contenant recovery_command et éventuellement les options de restauration.

Restaurer une sauvegarde PITR (4/5)

Jusqu’où restaurer :
- recovery_target_name, recovery_target_time
- recovery_target_xid, recovery_target_lsn
- recovery_target_inclusive
Le backup de base doit être antérieur !
Suivi de timeline :
- recovery_target_timeline : latest ?
Et on fait quoi ?
- recovery_target_action : pause
- pg_wal_replay_resume pour ouvrir immédiatement
- ou modifier & redémarrer

Si l’on ne veut pas simplement restaurer tous les journaux, par exemple pour s’arrêter avant une fausse manipulation désastreuse, plusieurs paramètres permettent de préciser le point d’arrêt :

jusqu’à un certain nom, grâce au paramètre recovery_target_name (le nom correspond à un label enregistré précédemment dans les journaux de transactions grâce à la fonction pg_create_restore_point()) ;
jusqu’à une certaine heure, grâce au paramètre recovery_target_time ;
jusqu’à un certain identifiant de transaction, grâce au paramètre recovery_target_xid, numéro de transaction qu’il est possible de chercher dans les journaux eux-mêmes grâce à l’utilitaire pg_waldump ;
jusqu’à un certain LSN (Log Sequence Number), grâce au paramètre recovery_target_lsn, que là aussi on doit aller chercher dans les journaux eux-mêmes.

Avec le paramètre recovery_target_inclusive (par défaut à true), il est possible de préciser si la restauration se fait en incluant les transactions au nom, à l’heure ou à l’identifiant de transaction demandé, ou en les excluant.

Dans les cas complexes, nous verrons plus tard que choisir la timeline peut être utile (avec recovery_target_timeline, en général à latest).

Ces restaurations ponctuelles ne sont possibles que si elles correspondent à un état cohérent d’après la fin du base backup, soit après le moment du pg_stop_backup.

Si l’on a un historique de plusieurs sauvegardes, il faudra en choisir une antérieure au point de restauration voulu. Ce n’est pas forcément la dernière. Les outils ne sont pas forcément capables de deviner la bonne sauvegarde à restaurer.

Il est possible de demander à la restauration de s’arrêter une fois arrivée au stade voulu avec :

recovery_target_action = pause

C’est même l’action par défaut si une des options d’arrêt ci-dessus a été choisie : cela permet à l’utilisateur de vérifier que le serveur est bien arrivé au point qu’il désirait. Les alternatives sont promote et shutdown.

Si la cible est atteinte mais que l’on décide de continuer la restauration jusqu’à un autre point (évidemment postérieur), il faut modifier la cible de restauration dans le fichier de configuration, et redémarrer PostgreSQL. C’est le seul moyen de rejouer d’autres journaux sans ouvrir l’instance en écriture.

Si l’on est arrivé au point de restauration voulu, un message de ce genre apparaît :

LOG:  recovery stopping before commit of transaction 8693270, time 2021-09-02 11:46:35.394345+02
LOG:  pausing at the end of recovery
HINT:  Execute pg_wal_replay_resume() to promote.

(Le terme promote pour une restauration est un peu abusif.) pg_wal_replay_resume() — malgré ce que pourrait laisser croire son nom ! — provoque ici l’arrêt immédiat de la restauration, donc ignore les opérations contenues dans les WALs que l’on n’a pas souhaités restaurer, puis le serveur s’ouvre en écriture sur une nouvelle timeline.

Attention : jusque PostgreSQL 12 inclus, si un recovery_target était spécifié mais n’est toujours pas atteint à la fin du rejeu des archives, alors le mode recovery se terminait et le serveur est promu sans erreur, et ce, même si recovery_target_action a la valeur pause ! (À condition, bien sûr, que le point de cohérence ait tout de même été dépassé.) Il faut donc être vigilant quant aux messages dans le fichier de trace de PostgreSQL !

À partir de PostgreSQL 13, l’instance détecte le problème et s’arrête avec un message FATAL : la restauration ne s’est pas déroulée comme attendu. S’il manque juste certains journaux de transactions, cela permet de relancer PostgreSQL après correction de l’oubli.

La documentation officielle complète sur le sujet est sur le site du projet.

Restaurer une sauvegarde PITR (5/5)

Démarrer PostgreSQL
Rejeu des journaux
Vérifier que le point de cohérence est atteint !

La dernière étape est particulièrement simple. Il suffit de démarrer PostgreSQL. PostgreSQL va comprendre qu’il doit rejouer les journaux de transactions.

Les journaux doivent se dérouler au moins jusqu’à rencontrer le « point de cohérence », c’est-à-dire la mention insérée par pg_backup_stop(). Avant cela, il n’est pas possible de savoir si les fichiers issus du base backup sont à jour ou pas, et il est impossible de démarrer l’instance avant ce point. Le message apparaît dans les traces et, dans le doute, on doit vérifier sa présence :

2020-01-17 16:08:37.285 UTC [15221] LOG: restored log file "000000010000000100000031"…
2020-01-17 16:08:37.789 UTC [15221] LOG: restored log file "000000010000000100000032"…
2020-01-17 16:08:37.949 UTC [15221] LOG: consistent recovery state reached
                                         at 1/32BFDD88
2020-01-17 16:08:37.949 UTC [15217] LOG: database system is ready to accept
                                         read only connections
2020-01-17 16:08:38.009 UTC [15221] LOG: restored log file "000000010000000100000033"…

PostgreSQL continue ensuite jusqu’à arriver à la limite fixée, jusqu’à ce qu’il ne trouve plus de journal à rejouer (restore_command tombe en erreur), ou que le bloc de journal lu soit incohérent (ce qui indique qu’on est arrivé à la fin d’un journal qui n’a pas été terminé, le journal courant au moment du crash par exemple). PostgreSQL vérifie qu’il n’existe pas une timeline supérieure sur laquelle basculer (par exemple s’il s’agit de la deuxième restauration depuis la sauvegarde du PGDATA).

Puis il va s’ouvrir en écriture (sauf si vous avez demandé recovery_target_action = pause).

2020-01-17 16:08:45.938 UTC [15221] LOG: restored log file "00000001000000010000003C"
                                         from archive
2020-01-17 16:08:46.116 UTC [15221] LOG: restored log file "00000001000000010000003D"…
2020-01-17 16:08:46.547 UTC [15221] LOG: restored log file "00000001000000010000003E"…
2020-01-17 16:08:47.262 UTC [15221] LOG: restored log file "00000001000000010000003F"…
2020-01-17 16:08:47.842 UTC [15221] LOG: invalid record length at 1/3F0000A0:
                                         wanted 24, got 0
2020-01-17 16:08:47.842 UTC [15221] LOG: redo done at 1/3F000028
2020-01-17 16:08:47.842 UTC [15221] LOG: last completed transaction was
                                         at log time 2020-01-17 14:59:30.093491+00
2020-01-17 16:08:47.860 UTC [15221] LOG: restored log file "00000001000000010000003F"…
cp: cannot stat ‘/opt/pgsql/archives/00000002.history’: No such file or directory
2020-01-17 16:08:47.966 UTC [15221] LOG:  selected new timeline ID: 2
2020-01-17 16:08:48.179 UTC [15221] LOG:  archive recovery complete
cp: cannot stat ‘/opt/pgsql/archives/00000001.history’: No such file or directory
2020-01-17 16:08:51.613 UTC [15217] LOG:  database system is ready
                                          to accept connections

Le fichier recovery.signal est effacé pour ne pas poser problème en cas de crash immédiat. (Ne l’effacez jamais manuellement !)

Le fichier backup_label d’une sauvegarde exclusive est renommé en backup_label.old.

Restauration PITR : durée

Durée dépendante du nombre de journaux
- rejeu séquentiel des WAL
Accéléré en version 15 (prefetch)

Restauration PITR : différentes timelines

Fin de recovery => changement de timeline :
- l’historique des données prend une autre voie
- le nom des WAL change
- fichier .history
Permet plusieurs restaurations PITR à partir du même basebackup
Choix :recovery_target_timeline
- défaut : latest

Lorsque le mode recovery s’arrête, au point dans le temps demandé ou faute d’archives disponibles, l’instance accepte les écritures. De nouvelles transactions se produisent alors sur les différentes bases de données de l’instance. Dans ce cas, l’historique des données prend un chemin différent par rapport aux archives de journaux de transactions produites avant la restauration. Par exemple, dans ce nouvel historique, il n’y a pas le DROP TABLE malencontreux qui a imposé de restaurer les données. Cependant, cette transaction existe bien dans les archives des journaux de transactions.

On a alors plusieurs historiques des transactions, avec des « bifurcations » aux moments où on a réalisé des restaurations. PostgreSQL permet de garder ces historiques grâce à la notion de timeline. Une timeline est donc l’un de ces historiques, elle se matérialise par un ensemble de journaux de transactions, identifiée par un numéro. Le numéro de la timeline est le premier nombre hexadécimal du nom des segments de journaux de transactions (le second est le numéro du journal et le troisième le numéro du segment). Lorsqu’une instance termine une restauration PITR, elle peut archiver immédiatement ces journaux de transactions au même endroit, les fichiers ne seront pas écrasés vu qu’ils seront nommés différemment. Par exemple, après une restauration PITR s’arrêtant à un point situé dans le segment 000000010000000000000009 :

$ ls -1 /backup/postgresql/archived_wal/
00000001000000010000003C
00000001000000010000003D
00000001000000010000003E
00000001000000010000003F
000000010000000100000040
00000002.history
00000002000000010000003F
000000020000000100000040
000000020000000100000041

À la sortie du mode recovery, l’instance doit choisir une nouvelle timeline. Les timelines connues avec leur point de départ sont suivies grâce aux fichiers d’historique, nommés d’après le numéro hexadécimal sur huit caractères de la timeline et le suffixe .history, et archivés avec les journaux. En partant de la timeline qu’elle quitte, l’instance restaure les fichiers historiques des timelines suivantes pour choisir la première disponible, puis archive un nouveau fichier .history pour la nouvelle timeline sélectionnée, avec l’adresse du point de départ dans la timeline qu’elle quitte :

$ cat 00000002.history
1   0/9765A80   before 2015-10-20 16:59:30.103317+02

Après une seconde restauration, ciblant la timeline 2, l’instance choisit la timeline 3 :

$ cat 00000003.history
1   0/9765A80   before 2015-10-20 16:59:30.103317+02
2   0/105AF7D0  before 2015-10-22 10:25:56.614316+02

On peut choisir la timeline cible en configurant le paramètre recovery_target_timeline. recovery_target_timeline est par défaut à latest, et la restauration suit donc les changements de timeline depuis le moment de la sauvegarde.

Pour choisir une autre timeline que la dernière, il faut donner le numéro de la timeline cible comme valeur du paramètre recovery_target_timeline. Les timelines permettent d’effectuer plusieurs restaurations successives à partir du même base backup et d’archiver au même endroit sans mélanger les journaux.

Bien sûr, pour restaurer dans une timeline précise, il faut que le fichier .history correspondant soit encore présent dans les archives, sous peine d’erreur.

Il y a quelques pièges :

Le numéro de timeline dans les traces ou affiché par pg_controldata est en décimal. Mais les fichiers .history portent un numéro en hexadécimal (par exemple 00000014.history pour la timeline 20). On peut fournir les deux à recovery_target_timeline (20 ou '0x14'). Attention, il n’y a pas de contrôle !

Et attention sur les anciennes versions : jusque PostgreSQL 11 compris, la valeur par défaut de recovery_target_timeline était current : la restauration se faisait donc dans la même timeline que le base backup. Si entre-temps il y avait eu une bascule ou une précédente restauration, la nouvelle timeline n’était pas automatiquement suivie !

Restauration PITR : illustration des timelines

Ce schéma illustre ce processus de plusieurs restaurations successives, et la création de différentes timelines qui en résulte.

On observe ici les éléments suivants avant la première restauration :

la fin de la dernière sauvegarde se situe en haut à gauche sur l’axe des transactions, à la transaction x12 ;
cette sauvegarde a été effectuée alors que l’instance était en activité sur la timeline 1.

On décide d’arrêter l’instance alors qu’elle est arrivée à la transaction x47, par exemple parce qu’une nouvelle livraison de l’application a introduit un bug qui provoque des pertes de données. L’objectif est de restaurer l’instance avant l’apparition du problème afin de récupérer les données dans un état cohérent, et de relancer la production à partir de cet état. Pour cela, on restaure les fichiers de l’instance à partir de la dernière sauvegarde, puis on modifie le fichier de configuration pour que l’instance, lors de sa phase de recovery :

restaure les WAL archivés jusqu’à l’état de cohérence (transaction x12) ;
restaure les WAL archivés jusqu’au point précédant immédiatement l’apparition du bug applicatif (transaction x42).

On démarre ensuite l’instance et on l’ouvre en écriture, on constate alors que celle-ci bascule sur la timeline 2, la bifurcation s’effectuant à la transaction x42. L’instance étant de nouveau ouverte en écriture, elle va générer de nouveaux WAL, qui seront associés à la nouvelle timeline : ils n’écrasent pas les fichiers WAL archivés de la timeline 1, ce qui permet de les réutiliser pour une autre restauration en cas de besoin (par exemple si la transaction x42 utilisée comme point d’arrêt était trop loin dans le passé, et que l’on désire restaurer de nouveau jusqu’à un point plus récent).

Un peu plus tard, on a de nouveau besoin d’effectuer une restauration dans le passé - par exemple, une nouvelle livraison applicative a été effectuée, mais le bug rencontré précédemment n’était toujours pas corrigé. On restaure donc de nouveau les fichiers de l’instance à partir de la même sauvegarde, puis on configure PostgreSQL pour suivre la timeline 2 (paramètre recovery_target_timeline = 2) jusqu’à la transaction x55. Lors du recovery, l’instance va :

restaurer les WAL archivés jusqu’à l’état de cohérence (transaction x12) ;
restaurer les WAL archivés jusqu’au point de la bifurcation (transaction x42) ;
suivre la timeline indiquée (2) et rejouer les WAL archivés jusqu’au point précédant immédiatement l’apparition du bug applicatif (transaction x55).

On démarre ensuite l’instance et on l’ouvre en écriture, on constate alors que celle-ci bascule sur la timeline 3, la bifurcation s’effectuant cette fois à la transaction x55.

Enfin, on se rend compte qu’un problème bien plus ancien et subtil a été introduit précédemment aux deux restaurations effectuées. On décide alors de restaurer l’instance jusqu’à un point dans le temps situé bien avant, jusqu’à la transaction x20. On restaure donc de nouveau les fichiers de l’instance à partir de la même sauvegarde, et on configure le serveur pour restaurer jusqu’à la transaction x20. Lors du recovery, l’instance va :

restaurer les WAL archivés jusqu’à l’état de cohérence (transaction x12) ;
restaurer les WAL archivés jusqu’au point précédant immédiatement l’ apparition du bug applicatif (transaction x20).

Comme la création des deux timelines précédentes est archivée dans les fichiers history, l’ouverture de l’instance en écriture va basculer sur une nouvelle timeline (4). Suite à cette restauration, toutes les modifications de données provoquées par des transactions effectuées sur la timeline 1 après la transaction x20, ainsi que celles effectuées sur les timelines 2 et 3, ne sont donc pas présentes dans l’instance.

Après la restauration

Bien vérifier que l’archivage a repris
- et que les archives des journaux sont complètes
Ne pas hésiter à reprendre une sauvegarde complète
Bien vérifier que les secondaires ont suivi

Une fois le nouveau primaire en place, la production peut reprendre, mais il faut vérifier que la sauvegarde PITR est elle aussi fonctionnelle.

Ce nouveau primaire a généralement commencé à archiver ses journaux à partir du dernier journal récupéré de l’ancien primaire, renommé avec l’extension .partial, juste avant la bascule sur la nouvelle timeline. Il faut bien sûr vérifier que l’archivage des nouveaux journaux fonctionne.

Sur l’ancien primaire, les derniers journaux générés juste avant l’incident n’ont pas forcément été archivés. Ceux-ci possèdent un fichier témoin .ready dans pg_wal/archive_status. Même s’ils ont été copiés manuellement vers le nouveau primaire avant sa promotion, celui-ci ne les a pas archivés.

Rappelons qu’un « trou » dans le flux des journaux dans le dépôt des archives empêchera la restauration d’aller au-delà de ce point !

Il est possible de forcer l’archivage des fichiers .ready depuis l’ancien primaire, avant la bascule, en exécutant à la main les archive_command que PostgreSQL aurait générées, mais la facilité pour le faire dépend de l’outil.

La copie de journaux à la main est donc risquée. Il ne faut pas hésiter à reprendre une sauvegarde complète du nouveau primaire pour repartir d’une base sûre.

Quant aux éventuelles instances secondaires, il est vraisemblable qu’elles doivent être reconstruites suite à la restauration de l’instance primaire. (Si elles ont appliqué des journaux qui ont été perdus et n’ont pas été repris par le primaire restauré, ces secondaires ne pourront se raccrocher. Consulter les traces.)

Pour aller plus loin

Limiter la volumétrie des journaux sauvegardés
Quels sont les outils PITR ?

Réduire le nombre de journaux sauvegardés

Volumétrie archivée en fonction de checkpoint_timeout

Monter
- checkpoint_timeout
- max_wal_size

L’un des problèmes de la sauvegarde PITR est la place prise sur disque par les journaux de transactions. Si un journal de 16 Mo (par défaut) est généré toutes les minutes, le total est de 23 Go de journaux par jour, et parfois beaucoup plus. Il n’est pas forcément possible de conserver autant de journaux.

Un premier moyen est de reduire la volumétrie à la source en espaçant les checkpoints. Le graphique ci-dessus représente la volumétrie générée par un simple test avec pgbench (OLTP classique donc) avec checkpoint_timeout variant entre 1 et 30 minutes : les écarts sont énormes.

La raison est que, pour des raisons de fiabilité, un bloc modifié est intégralement écrit (8 ko) dans les journaux à sa première modification après un checkpoint. Par la suite, seules les modifications de ce bloc, souvent beaucoup plus petites, sont journalisées. (Ce comportement dépend du paramètre full_page_writes, activé par défaut et qu’il est impératif de laisser tel quel, sauf peut-être sur ZFS.)

Espacer les checkpoints permet d’économiser des écritures de blocs complets, si l’activité s’y prête (en OLTP surtout). Il y a un intérêt en performances, mais surtout en place disque économisée quand les journaux sont archivés, aussi accessoirement en CPU s’ils sont compressés, et en trafic réseau s’ils sont répliqués.

Par cohérence, si l’on monte checkpoint_timeout, il faut penser à augmenter aussi max_wal_size, et vice-versa. Des valeurs courantes sont respectivement 15 minutes, parfois plus, et plusieurs gigaoctets.

Il y a cependant un inconvénient : un écart plus grand entre checkpoints peut allonger la restauration après un arrêt brutal, car il y aura plus de journaux à rejouer, parfois des centaines ou des milliers.

Compresser les journaux de transactions

wal_compression
- moins de journaux
- un peu plus de CPU
- à activer
Outils de compression standards : gzip, bzip2, lzma…
- attention à ne pas ralentir l’archivage

PostgreSQL peut compresser les journaux à la source, si le paramètre wal_compression (désactivé par défaut) est passé à on. La compression est opérée par PostgreSQL au niveau de la page, avec un coût en CPU à l’écriture des journaux, très minime, et un gros gain en volumétrie (souvent plus de 50 % !). Comme il y a moins de journaux, leur rejeu est aussi plus rapide, ce qui accélère la réplication et la reprise après un crash. Le prix est une augmentation de la consommation en CPU. Les détails et un exemple figurent dans ce billet du blog Dalibo.

Une autre solution est la compression à la volée des journaux archivés dans l’archive_command. Les outils classiques comme gzip, bzip2, lzma, xz, etc. conviennent. Tous les outils PITR incluent plusieurs de ces algorithmes. Un fichier de 16 Mo aura généralement une taille compressée comprise entre 3 et 6 Mo.

Cependant, attention au temps de compression des journaux : en cas d’écritures lourdes, une compression élevée mais lente peut mener à un retard conséquent de l’archivage par rapport à l’écriture des journaux, jusque saturation de pg_wal, et arrêt de l’instance. Il est courant de se contenter de gzip -1 ou lz4 -1 pour les journaux, et de ne compresser agressivement que les sauvegardes des fichiers de la base.

Outils de sauvegarde PITR dédiés

Se faciliter la vie avec différents outils
- pgBackRest
- barman
- pitrery (< v15, déprécié)
Fournissent :
- un outil pour les backups, les purges…
- une commande pour l’archivage

Il n’est pas conseillé de réinventer la roue et d’écrire soi-même des scripts de sauvegarde, qui doivent prévoir de nombreux cas et bien gérer les erreurs. La sauvegarde concurrente est également difficile à manier. Des outils reconnus existent, dont nous évoquerons brièvement les plus connus. Il en existe d’autres. Ils ne font pas partie du projet PostgreSQL à proprement parler et doivent être installés séparément.

Les outils décrits succinctement plus bas fournissent :

un outil pour procéder aux sauvegardes, gérer la péremption des archives… ;
un outil qui sera appelé par archive_command.

Leur philosophie peut différer, notamment en terme de centralisation ou de compromis entre simplicité et fonctionnalités. Ces dernières s’enrichissent d’ailleurs au fil du temps.

pgBackRest

Gère la sauvegarde et la restauration
- pull ou push, multidépôts
- mono ou multi-serveurs
Indépendant des commandes système
- protocole dédié
Sauvegardes complètes, différentielles ou incrémentales
Multi-thread, sauvegarde depuis un secondaire, archivage asynchrone…
Projet mature

pgBackRest est un outil de gestion de sauvegardes PITR écrit en perl et en C, par David Steele de Crunchy Data.

Il met l’accent sur les performances avec de gros volumes et les fonctionnalités, au prix d’une complexité à la configuration :

un protocole dédié pour le transfert et la compression des données ;
des opérations parallélisables en multi-thread ;
la possibilité de réaliser des sauvegardes complètes, différentielles et incrémentielles ;
la possibilité d’archiver ou restaurer les WAL de façon asynchrone, et donc plus rapide ;
la possibilité d’abandonner l’archivage en cas d’accumulation et de risque de saturation de pg_wal ;
la gestion de dépôts de sauvegarde multiples (pour sécuriser, ou avoir plusieurs niveaux d’archives) ;
le support intégré de dépôts S3 ou Azure ;
le support d’un accès TLS géré par pgBackRest en alternative à SSH ;
la sauvegarde depuis un serveur secondaire ;
le chiffrement des sauvegardes ;
la restauration en mode delta, très pratique pour restaurer un serveur qui a décroché mais n’a que peu divergé ;
la reprise d’une sauvegarde échouée.

pgBackRest n’utilise pas pg_receivewal pour garantir la sauvegarde du dernier journal (non terminé) avant un sinistre. Les auteurs considèrent que dans ce cas un secondaire synchrone est plus adapté et plus fiable.

Le projet est très actif et considéré comme fiable, et les fonctionnalités proposées sont intéressantes.

Pour la supervision de l’outil, une sonde Nagios est fournie par un des développeurs : check_pgbackrest.

barman

Gère la sauvegarde et la restauration
- mode pull
- multi-serveurs
Une seule commande (barman)
Et de nombreuses actions
- list-server, backup, list-backup, recover…
Spécificité : gestion de pg_receivewal

pitrery

Projet en fin de vie, non compatible v15+
Gère la sauvegarde et la restauration
- mode push
- mono-serveur
Multi-commandes
- archive_wal
- pitrery
- restore_wal

Conclusion

Une sauvegarde
- fiable
- éprouvée
- rapide
- continue
Mais
- plus complexe à mettre en place que pg_dump
- qui restaure toute l’instance

Questions

N’hésitez pas, c’est le moment !

Quiz

https://dali.bo/i2_quiz

Travaux pratiques

pg_basebackup : sauvegarde ponctuelle & restauration

But : Créer une sauvegarde physique à chaud à un moment précis de la base avec pg_basebackup, et la restaurer.

Configurer la réplication dans postgresql.conf et pg_hba.conf :

désactiver l’archivage s’il est actif

autoriser des connexions de réplication en streaming en local.

Pour insérer des données :

générer de l’activité avec pgbench en tant qu’utilisateur postgres :
$ createdb bench
$ /usr/pgsql-16/bin/pgbench -i -s 100 bench
$ /usr/pgsql-16/bin/pgbench bench -n -P 5 -R 20 -T 720
laisser tourner en arrière-plan

surveiller l’évolution de l’activité sur la table pgbench_history, par exemple ainsi :
$ watch -n 1 "psql -d bench -c 'SELECT max(mtime) FROM pgbench_history ;'"

En parallèle, sauvegarder l’instance avec :

pg_basebackup au format tar, compressé avec gzip ;

sans oublier les journaux ;

avec l’option --max-rate=16M pour ralentir la sauvegarde ;

le répertoire de sauvegarde sera /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup ;

surveillez la progression dans une autre session avec la vue système adéquate.

Une fois la sauvegarde terminée :

regarder les fichiers générés ;

arrêter la session pgbench ; Afficher la date de dernière modification dans pgbench_history.

Arrêter l’instance.
Faire une copie à froid des données (par exemple avec cp -rfp) vers /var/lib/pgsql/16/data.old (cette copie resservira plus tard).

Vider le répertoire des données.
Restaurer la sauvegarde pg_basebackup en décompressant ses deux archives.
Redémarrer l’instance.

Une fois l’instance restaurée et démarrée, vérifier les traces : la base doit accepter les connexions.

Quelle est la dernière donnée restaurée ?

Tenter une nouvelle restauration depuis l’archive pg_basebackup sans restaurer les journaux de transaction. Que se passe-t-il ?

pg_basebackup : sauvegarde ponctuelle & restauration des journaux suivants

But : Coupler une sauvegarde à chaud avec pg_basebackup et l’archivage

Remettre en place la copie à froid de l’instance prise précédemment dans /var/lib/pgsql/16/data.old. Configurer l’archivage vers un répertoire /var/lib/pgsql/16/archives, par exemple avec rsync. Configurer la commande de restauration inverse. Démarrer PostgreSQL.

Générer à nouveau de l’activité avec pgbench. Vérifier que l’archivage fonctionne.

En parallèle, lancer une nouvelle sauvegarde avec pg_basebackup au format plain.

Utiliser pg_verify_backup pour contrôler l’intégrité de la sauvegarde.

À quoi correspond le fichier finissant par .backup dans les archives ?

Arrêter pgbench et noter la date des dernières données insérées.

Effacer le PGDATA. Restaurer la sauvegarde précédente sans les journaux. Configurer la restore_command. Créer le fichier recovery.signal. Démarrer PostgreSQL.

Vérifier les traces, ainsi que les données restaurées une fois le service démarré.

Vérifier quelles données ont été restaurées.

Travaux pratiques (solutions)

pg_basebackup : sauvegarde ponctuelle & restauration

Dans ce qui suit, la plupart des commandes seront à lancer en tant que postgres, les ordres sudo nécessitant un utilisateur privilégié.

Configurer la réplication dans postgresql.conf et pg_hba.conf :

désactiver l’archivage s’il est actif

autoriser des connexions de réplication en streaming en local.

On n’aura ici pas besoin de l’archivage. S’il est déjà actif, on peut se contenter d’inhiber ainsi la commande d’archivage :

archive_mode = on
archive_command = '/bin/true'

(Cela permet d’épargner le redémarrage à chaque modification de archive_mode.)

Vérifier la configurer de l’autorisation de connexion en réplication dans pg_hba.conf. Si besoin, mettre à jour la ligne en fin de fichier :

local   replication     all                                     peer

Cela va ouvrir l’accès sans mot de passe depuis l’utilisateur système postgres.

Redémarrer PostgreSQL :

sudo systemctl restart postgresql-16

Pour insérer des données :

générer de l’activité avec pgbench en tant qu’utilisateur postgres :
$ createdb bench
$ /usr/pgsql-16/bin/pgbench -i -s 100 bench
$ /usr/pgsql-16/bin/pgbench bench -n -P 5 -R 20 -T 720
laisser tourner en arrière-plan

surveiller l’évolution de l’activité sur la table pgbench_history, par exemple ainsi :
$ watch -n 1 "psql -d bench -c 'SELECT max(mtime) FROM pgbench_history ;'"

En parallèle, sauvegarder l’instance avec :

pg_basebackup au format tar, compressé avec gzip ;

sans oublier les journaux ;

avec l’option --max-rate=16M pour ralentir la sauvegarde ;

le répertoire de sauvegarde sera /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup ;

surveillez la progression dans une autre session avec la vue système adéquate.

En tant que postgres :

pg_basebackup -D /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup -Ft \
--checkpoint=fast --gzip --progress --max-rate=16M

1583675/1583675 kB (100%), 1/1 tablespace

La progression peut se suivre depuis psql avec :

\x on
SELECT * FROM pg_stat_progress_basebackup ;
\watch

Thu Nov 11 16:58:05 2023 (every 2s)            
                                                      
-[ RECORD 1 ]--------+---------------------------------                                 
pid                  | 19763                                                             
phase                | waiting for checkpoint to finish
backup_total         |         
backup_streamed      | 0
tablespaces_total    | 0
tablespaces_streamed | 0
                                                                                                                     
Thu Nov 11 16:58:07 2023 (every 2s)            
                                               
-[ RECORD 1 ]--------+-------------------------
pid                  | 19763
phase                | streaming database files
backup_total         | 1611215360
backup_streamed      | 29354496
tablespaces_total    | 1
tablespaces_streamed | 0
…

Évidemment, en production, il ne faut pas sauvegarder en local.

Une fois la sauvegarde terminée :

regarder les fichiers générés ;

arrêter la session pgbench ; Afficher la date de dernière modification dans pgbench_history.

$ ls -lha /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup

…
-rw-------. 1 postgres postgres 180K Nov 11 17:00 backup_manifest
-rw-------. 1 postgres postgres  91M Nov 11 17:00 base.tar.gz
-rw-------. 1 postgres postgres  23M Nov 11 17:00 pg_wal.tar.gz

On obtient donc :

une archive de la sauvegarde « de base » ;
une archive des journaux nécessaires ;
un fichier manifeste au format texte contenant les sommes de contrôles des fichiers archivés.

pgbench s’arrête avec un simple Ctrl-C. L’heure de dernière modification est :

psql -d bench -c 'SELECT max(mtime) FROM pgbench_history;'

            max
----------------------------
  2023-11-05 17:01:51.595414

Arrêter l’instance.
Faire une copie à froid des données (par exemple avec cp -rfp) vers /var/lib/pgsql/16/data.old (cette copie resservira plus tard).

En tant qu’utilisateur privilégié :

sudo systemctl stop postgresql-16

En tant que postgres :

cp -rfp /var/lib/pgsql/16/data /var/lib/pgsql/16/data.old

Vider le répertoire des données.
Restaurer la sauvegarde pg_basebackup en décompressant ses deux archives.
Redémarrer l’instance.

On restaure dans le répertoire de données l’archive de base, puis les journaux dans leur sous-répertoire. La suppression des traces est optionnelle, mais elle nous permettra de ne pas mélanger celles d’avant et d’après la restauration.

En tant que postgres :

rm -rf /var/lib/pgsql/16/data/*
tar -C /var/lib/pgsql/16/data \
    -xzf /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup/base.tar.gz
tar -C /var/lib/pgsql/16/data/pg_wal \
    -xzf /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup/pg_wal.tar.gz
rm -rf /var/lib/pgsql/16/data/log/*

sudo systemctl start postgresql-16

Une fois l’instance restaurée et démarrée, vérifier les traces : la base doit accepter les connexions.

tail -F /var/lib/pgsql/16/data/log/postgresql-*.log

…
… LOG:  database system was interrupted; last known up at 2023-11-05 16:59:03 UTC
… LOG:  redo starts at 0/830000B0
… LOG:  consistent recovery state reached at 0/8E8450F0
… LOG:  redo done at 0/8E8450F0 system usage: CPU: user: 0.28 s, system: 0.24 s, elapsed: 0.59 s
… LOG:  checkpoint starting: end-of-recovery immediate wait
… LOG:  checkpoint complete: wrote 16008 buffers (97.7%); …
… LOG:  database system is ready to accept connections

PostgreSQL considère qu’il a été interrompu brutalement et part en recovery. Noter en particulier la mention consistent recovery state reached : la sauvegarde est bien cohérente.

Quelle est la dernière donnée restaurée ?

psql -d bench -c 'SELECT max(mtime) FROM pgbench_history;'

            max
----------------------------
 2023-11-05 17:00:40.936925

Grâce aux journaux (pg_wal) restaurés, l’ensemble des modifications survenues pendant la sauvegarde ont bien été récupérées. Par contre, les données générées après la sauvegarde n’ont, elles, pas été récupérées.

Tenter une nouvelle restauration depuis l’archive pg_basebackup sans restaurer les journaux de transaction. Que se passe-t-il ?

sudo systemctl stop postgresql-16

rm -rf /var/lib/pgsql/16/data/*
tar -C /var/lib/pgsql/16/data \
    -xzf /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup/base.tar.gz
rm -rf /var/lib/pgsql/16/data/log/*
systemctl start postgresql-16

sudo systemctl start postgresql-16

Résultat :

Job for postgresql-16.service failed because the control process exited with error code.
See "systemctl status postgresql-16.service" and "journalctl -xe" for details.

Pour trouver la cause :

tail -F /var/lib/pgsql/16/data/log/postgresql-*.log

…
… LOG:  database system was interrupted; last known up at 2023-11-05 16:59:03 UTC
… LOG:  invalid checkpoint record
2023-11-05 17:16:52.134 UTC [20177] FATAL:  could not locate required checkpoint record
2023-11-05 17:16:52.134 UTC [20177] HINT:  If you are restoring from a backup, touch "/var/lib/pgsql/16/data/recovery.signal" and add required recovery options.
        If you are not restoring from a backup, try removing the file "/var/lib/pgsql/16/data/backup_label".
        Be careful: removing "/var/lib/pgsql/16/data/backup_label" will result in a corrupt cluster if restoring from a backup.

PostgreSQL ne trouve pas les journaux nécessaires à sa restauration à un état cohérent, le service refuse de démarrer. Il a trouvé un checkpoint dans le fichier backup_label créé au début de la sauvegarde, mais aucun checkpoint postérieur dans les journaux (et pour cause).

Les traces contiennent ensuite des suggestions qui peuvent être utiles.

Cependant, un fichier recovery.signal ne sert à rien sans recovery_command, et nous n’en avons pas encore paramétré ici.

Quant au fichier backup_label, le supprimer permettrait peut-être de démarrer l’instance mais celle-ci serait alors dans un état incohérent ! Il y a de bonnes chances que le démarrage s’achève par :

PANIC:  could not locate a valid checkpoint record

En résumé : la restauration des journaux n’est pas optionnelle !

pg_basebackup : sauvegarde ponctuelle & restauration des journaux suivants

Remettre en place la copie à froid de l’instance prise précédemment dans /var/lib/pgsql/16/data.old. Configurer l’archivage vers un répertoire /var/lib/pgsql/16/archives, par exemple avec rsync. Configurer la commande de restauration inverse. Démarrer PostgreSQL.

sudo systemctl stop postgresql-16  # si nécessaire

rm -rf /var/lib/pgsql/16/data
cp -rfp /var/lib/pgsql/16/data.old /var/lib/pgsql/16/data

Créer le répertoire d’archivage s’il n’existe pas déjà :

mkdir /var/lib/pgsql/16/archives

Là encore, en production, ce sera pluôt un partage distant. L’utilisateur système postgres doit avoir le droit d’y écrire.

L’archivage se définit dans postgresql.conf :

archive_mode = on   
archive_command = 'rsync %p /var/lib/pgsql/16/archives/%f'

et on peut y définir aussi tout de suite la commande de restauration :

restore_command = 'rsync /var/lib/pgsql/16/archives/%f %p'

sudo systemctl start postgresql-16

Générer à nouveau de l’activité avec pgbench. Vérifier que l’archivage fonctionne.

/usr/pgsql-16/bin/pgbench bench -n -P 5 -R 20 -T 720

ls -lha /var/lib/pgsql/16/archives

…
-rw-------. 1 postgres postgres 16M Jan  5 18:32 0000000100000000000000BB
-rw-------. 1 postgres postgres 16M Jan  5 18:32 0000000100000000000000BC
-rw-------. 1 postgres postgres 16M Jan  5 18:32 0000000100000000000000BD
…

En parallèle, lancer une nouvelle sauvegarde avec pg_basebackup au format plain.

rm -rf /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup

pg_basebackup -D /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup -Fp \
--checkpoint=fast --progress --max-rate=16M

1586078/1586078 kB (100%), 1/1 tablespace

Le répertoire cible devra avoir été vidé.

La taille de la sauvegarde sera bien sûr nettement plus grosse qu’en tar compressé.

Utiliser pg_verify_backup pour contrôler l’intégrité de la sauvegarde.

Si tout va bien, le message sera lapidaire :

/usr/pgsql-16/bin/pg_verifybackup  /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup

backup successfully verified

S’il y a un problème, des messages de ce genre apparaîtront :

pg_verifybackup: error: "global/TEST" is present on disk but not in the manifest
pg_verifybackup: error: "global/2671" is present in the manifest but not on disk
pg_verifybackup: error: "postgresql.conf" has size 29507 on disk but size 29506 in the manifest

À quoi correspond le fichier finissant par .backup dans les archives ?

En effet, parmi les journaux archivés, figure ce fichier :

ls -1 /var/lib/pgsql/16/archives

…
0000000100000000000000BE
0000000100000000000000BE.00003E00.backup
0000000100000000000000BF
…

Son contenu correspond au futur backup_label :

START WAL LOCATION: 0/BE003E00 (file 0000000100000000000000BE)
STOP WAL LOCATION: 0/C864D0F8 (file 0000000100000000000000C8)
CHECKPOINT LOCATION: 0/BE0AB340
BACKUP METHOD: streamed
BACKUP FROM: primary
START TIME: 2023-11-05 18:32:52 UTC
LABEL: pg_basebackup base backup
START TIMELINE: 1
STOP TIME: 2023-11-05 18:34:29 UTC
STOP TIMELINE: 1

Arrêter pgbench et noter la date des dernières données insérées.

psql -d bench -c 'SELECT max(mtime) FROM pgbench_history;'

            max
----------------------------
 2023-11-05 18:41:23.068948

Effacer le PGDATA. Restaurer la sauvegarde précédente sans les journaux. Configurer la restore_command. Créer le fichier recovery.signal. Démarrer PostgreSQL.

sudo systemctl stop postgresql-16

La sauvegarde étant au format plain, il s’agit d’une simple copie de fichiers :

rm -rf /var/lib/pgsql/16/data/*
rsync -a --exclude 'pg_wal/*' --exclude 'log/*' \
 /var/lib/pgsql/16/backups/basebackup/ \
 /var/lib/pgsql/16/data/

Créer le fichier recovery.signal :

touch /var/lib/pgsql/16/data/recovery.signal

Démarrer le service :

sudo systemctl start postgresql-16

Vérifier les traces, ainsi que les données restaurées une fois le service démarré.

Les traces sont plus complexes à cause de la restauration depuis les archives :

tail -F /var/lib/pgsql/16/data/log/postgresql-*.log

…
… LOG:  database system was interrupted; last known up at 2023-11-05 18:32:52 UTC
rsync: link_stat "/var/lib/pgsql/16/archives/00000002.history" failed: No such file or directory (2)
rsync error: some files/attrs were not transferred (see previous errors) (code 23) at main.c(1189) [sender=3.1.3]
… LOG:  starting archive recovery
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000BE" from archive
… LOG:  redo starts at 0/BE003E00
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000BF" from archive
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000C0" from archive
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000C1" from archive
…
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000C8" from archive
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000C9" from archive
… LOG:  consistent recovery state reached at 0/C864D0F8
… LOG:  database system is ready to accept read-only connections
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000CA" from archive
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000CB" from archive
…
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000E0" from archive
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000E1" from archive
… LOG:  redo in progress, elapsed time: 10.25 s, current LSN: 0/E0FF3438
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000E2" from archive
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000E3" from archive
…
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000EF" from archive
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000F0" from archive
rsync: link_stat "/var/lib/pgsql/16/archives/0000000100000000000000F1" failed: No such file or directory (2)
rsync error: some files/attrs were not transferred (see previous errors) (code 23) at main.c(1189) …
rsync: link_stat "/var/lib/pgsql/16/archives/0000000100000000000000F1" failed: No such file or directory (2)
rsync error: some files/attrs were not transferred (see previous errors) (code 23) at main.c(1189) …
… LOG:  redo done at 0/F0A6C9E0 system usage:
                                          CPU: user: 2.51 s, system: 2.28 s, elapsed: 15.77 s
… LOG:  last completed transaction
                                          was at log time 2023-11-05 18:41:23.077219+00
… LOG:  restored log file "0000000100000000000000F0" from archive
rsync: link_stat "/var/lib/pgsql/16/archives/00000002.history" failed: No such file or directory (2)
rsync error: some files/attrs were not transferred (see previous errors) (code 23) at main.c(1189) …
… LOG:  selected new timeline ID: 2
rsync: link_stat "/var/lib/pgsql/16/archives/00000001.history" failed: No such file or directory (2)
rsync error: some files/attrs were not transferred (see previous errors) (code 23) at main.c(1189) …
… LOG:  archive recovery complete
… LOG:  checkpoint starting: end-of-recovery immediate wait
… LOG:  checkpoint complete: wrote 16012 buffers (97.7%); …
… LOG:  database system is ready to accept connections

Les messages d’erreur de rsync ne sont pas inquiétants : celui-ci ne trouve simplement pas les fichiers demandés à la restore_command. PostgreSQL sait ainsi qu’il n’y a pas de fichier 00000002.history et donc pas de timeline de ce numéro. Il devine aussi qu’il a restauré tous les journaux quand la récupération de l’un d’entre eux échoue.

Les erreurs sur les fichiers 00000001.history et 00000002.history sont normales. PostgreSQL cherche à tout hasrd ces fichiers pour voir quel est l’enchaînement des timelines et quelle est la dernière.

La progression de la restauration peut être suivie grâce aux différents messages, repris ci-dessous, de démarrage, d’atteinte du point de cohérence, de statut… jusqu’à l’heure exacte de restauration. Enfin, il y a bascule sur une nouvelle timeline, et un checkpoint.

LOG:  starting archive recovery
LOG:  redo starts at 0/BE003E00
LOG:  consistent recovery state reached at 0/C864D0F8
LOG:  redo in progress, elapsed time: 10.25 s, current LSN: 0/E0FF3438
LOG:  redo done at 0/F0A6C9E0 …
LOG:  last completed transaction was at log time 2023-11-05 18:41:23.077219+00
LOG:  selected new timeline ID: 2
LOG:  archive recovery complete
LOG:  checkpoint complete:

Noter que les journaux portent une nouvelle timeline numérotée 2 :

ls -l /var/lib/pgsql/16/data/pg_wal/

…
-rw-------. 1 postgres postgres 16777216 Jan  5 18:43 000000020000000100000023
-rw-------. 1 postgres postgres 16777216 Jan  5 18:43 000000020000000100000024
-rw-------. 1 postgres postgres       42 Jan  5 18:43 00000002.history
drwx------. 2 postgres postgres       35 Jan  5 18:43 archive_status

Vérifier quelles données ont été restaurées.

Cette fois, toutes les données générées après la sauvegarde ont bien été récupérées :

psql -d bench -c 'SELECT max(mtime) FROM pgbench_history;'

            max
----------------------------
 2023-11-05 18:41:23.068948

Point In Time Recovery

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Versions de PostgreSQL couvertes

Sauvegarde physique à chaud et PITR

Introduction

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PITR

Principes

Avantages

Inconvénients

Copie physique à chaud ponctuelle avec pg_basebackup

Sauvegarde PITR

Méthodes d’archivage

Choix du répertoire d’archivage

Processus archiver : configuration

Processus archiver : lancement

Processus archiver : supervision

pg_receivewal

pg_receivewal - configuration serveur

pg_receivewal - redémarrage du serveur

pg_receivewal - lancement de l’outil

Avantages et inconvénients

Sauvegarde PITR manuelle

Sauvegarde manuelle - 1/3 : pg_backup_start

Sauvegarde manuelle - 2/3 : copie des fichiers

Sauvegarde manuelle - 3/3 : pg_backup_stop

Sauvegarde de base à chaud : pg_basebackup

Fréquence de la sauvegarde de base

Suivi de la sauvegarde de base

Restaurer une sauvegarde PITR

Restaurer une sauvegarde PITR (1/5)

Restaurer une sauvegarde PITR (2/5)

Restaurer une sauvegarde PITR (3/5)

Restaurer une sauvegarde PITR (4/5)

Restaurer une sauvegarde PITR (5/5)

Restauration PITR : durée

Restauration PITR : différentes timelines

Restauration PITR : illustration des timelines

Après la restauration

Pour aller plus loin

Réduire le nombre de journaux sauvegardés

Compresser les journaux de transactions

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pitrery

Conclusion

Questions

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Travaux pratiques

pg_basebackup : sauvegarde ponctuelle & restauration

pg_basebackup : sauvegarde ponctuelle & restauration des journaux suivants

Travaux pratiques (solutions)