一 需求描述
我们知道数据是公司的重要资产,业务的系统化、信息化就是数字化。数据高效的存储与查询是系统完善和优化的方向,而数据库的稳定性、可靠性是实现的基础。高可用和RPO(RecoveryPointObjective,复原点目标,指能容忍的最大数据丢失量)是衡量一个数据库优劣的重要指标。作为一个DBA,搭建数据库可靠性体系时,一定会要考虑对数据库进行容灾备份。例如,SQL Server类型的数据库,我们一定会部署作业,定期进行完整备份、差异备份和日志备份;MySQL 数据库同样如此,也是定期进行完整备份、binlog备份等。
可能很多公司的DBA认为自己的数据库已采用了新的高可用方案,是多结点冗余了,不再需要冗余备份了,例如SQL Server 的AlwaysOn,MySQL的MHA。可是,我们还是要强调两点。
1.墨菲定律:如果有两种或两种以上的方式去做某件事情,而其中一种选择方式将导致灾难,则必定有人会做出这种选择。
过往无数的惨痛教训说明,将损失放大的原因就是备份数据也损坏了(大家不重视,实际上很可能就没做)。
2.容灾备份不仅仅可以解决物理故障,还可以将一些其它误操作回滚,将数据的损害降至最低。
数据容灾备份是为数据的灾难恢复加固了最后一道保障墙。
国务院信息化工作办公室领导编制的《重要信息系统灾难恢复指南》也对灾难恢复能力等级做了详细划分。
灾难恢复能力等级
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RTO
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RPO
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1
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2天以上
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1天至7天
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2
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24小时以后
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1天至7天
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3
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12小时以上
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数小时至1天
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4
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数小时至2天
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数小时至1天
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5
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数分钟至2天
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0至30分钟
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6
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数分钟
|
0
|
随着MongoDB使用的越来越普及,存储的数据越来越重要,对其进行定期备份很有必要。现在业内普遍流行的做法是每天定时进行一次全库备份,出故障时,进行全库还原。但是一天一次的备份,很难保证恢复后的数据时效性,RPO较差,会有几个小时的数据丢失。例如,每天5点进行完整备份,如果故障点是晚上20:00,那么就会丢失15个小时的数据。对比上面的“灾难恢复能力等级“”列表,会发现,我们的灾难能力等级比较低。
如果每小时做一次全部备份,那么对存储空间的要求较高,还有就是对性能也会有影响。所以,探究Mongodb的增量备还与原很有必要!!!
二 原理说明
关系型数据库,例如MySQL ,SQL Server 都有事务日志(或bin log),会将数据库的DML 、DDL、DCL等操作记录在事务文件中,可以通过日志备份来搭建增量容灾还原体系。MongoDB没有此类机制和数据文件,难以实现。但是MongoDB副本集有通过oplog(位于local数据库oplog.rs集合中) 实现节点间的同步,此集合记录了整个mongod实例在一段时间内的所有变更(插入/更新/删除)操作。基于此,是否可以考虑通过oplog.rs集合的备份还原来实现实例的增量备份与增量还原。
查看mongodb备份命令Mongodump,其中有一个相关参数oplog。
Mongodump 中--oplog参数
参数
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参数说明
|
--oplog
|
Use oplog for taking a point-in-time snapshot
|
该参数的主要作用是在导出库集合数据的同时生成一个oplog.bson文件,里面存放了开始进行dump到dump结束之间所有的op log 操作。

注意:--oplog选项只对全库导出有效。
相应的 Mongorestore 中与 Oplog 相关的参数
参数
|
参数说明
|
oplogReplay
|
replay oplog for point-in-time restore
|
oplogLimit
|
only include oplog entries before the provided Timestamp
|
oplogFile
|
oplog file to use for replay of oplog
|
仔细观察oplogReplay参数下的还原过程,我们发现,是先还原数据库文件,再重放还原oplog.bson种的数据。这就启发了我们,如果还原路径下,只有oplog.bson文件,没有数据库备份文件,是不是只进行重放还原操作。如此,如果oplog.bson中记录都是上次备份后的变化操作(op log),还原oplog.bson就可以实现了增量还原。考虑到副本集的变化操作(op log)保存在oplog.rs集合中,只要连续从oplog.rs导出操作的相关数据进行备份,就可以实现增量备份。
即理论上,从oplog.rs导出的数据完全可以替代mongodump过程中产生的oplog.bson,进行增量还原。
实际生产中经过多次验证,也是完全可以。
-----具体原理及验证内容还可参考本人博客 --https://www.cnblogs.com/xuliuzai/p/9832333.html
三 代码实现【重点推荐】
在容灾体系建设中,既有全库的完整备份也有增量备份。下面是我们的实现代码,因为MongoDB多是在Linux系统下部署,所以这些备份代码都是通过shell语言实现。这些代码大家只要稍微改动,调整部分参数,即可部署应用。
1. 实现完整(全库)备份的代码
- #!/bin/bash
- sourcepath='/data/mongodb/mongobin344/bin'
- targetpath='/data/mongodb_back/bkXXX_2XXXX'
- nowtime=$(date "+%Y%m%d")
- start()
- {
- ${sourcepath}/mongodump --host 172.XXX.XXX.XXX --port 2XXXX -u 用户名-p "密码" --oplog --gzip --authenticationDatabase "admin" --out ${targetpath}/${nowtime}
- }
- execute()
- {
- echo "================================ $(date) bakXXX 2XXXX mongodb back start ${nowtime}========="
- start
- if [ $? -eq 0 ]
- then
- echo "The MongoDB BackUp Successfully!"
- else "The MongoDB BackUp Failure"
- fi
- }
- if [ ! -d "${targetpath}/${nowtime}/" ]
- then
- mkdir ${targetpath}/${nowtime}
- fi
- execute
- baktime=$(date -d '-3 days' "+%Y%m%d")
- if [ -d "${targetpath}/${baktime}/" ]
- then
- rm -rf "${targetpath}/${baktime}/"
- echo "=======${targetpath}/${baktime}/===删除完毕=="
- fi
-
- echo "================================ $(date) bakXXX 2XXXX mongodb back end ${nowtime}========="
代码说明:
1.完整备份的脚本,通过crontab触发执行,每天执行一次。
2.备份完整后,会将三天前的备份文件自动删除。
3.sourcepath 定义了MongoDB 运行程序所在路径;targetpath定义了归档文件存放的文件夹(请提前创建)。
2. 实现增量备份的代码
代码说明:
1.增量备份的脚本,也是通过crontab触发执行,以上参数未修改前,建议每小时执行一次。
2.备份完整后,会自动检查文件是否产生,并且会将三天前的备份文件删除。
3.脚本会自动检查备份路径,不存在将自动产生。
4.增量导出中开始时间和结束时间是最重要的参数,并且要对参数的合法性、有效性检查。例如,检查Oplog的记录是否完全涵盖输入的时间,防止出现希望导出08:00--09:00的数据,但是oplog集合中只有08:30--09:00的数据;防止导出过程耗时过长(例如超过定义的5分钟),导致数据不完整。代码中都会对这些异常进行判断和捕获。
四 功能测试验证
1. 测试环境
Item |
ServerIP |
Port |
User DB |
源库 |
172.XXX.XXX.124(Primary) |
2XXX30 |
testoplog |
备份还原库 |
172.XXX.XXX.124(Primary) |
2XXX20 |
无 |
2. 完整备份与还原
step 1 在备份前,先向数据库testoplog插入部分数据

step 2 完整备份所有的数据库,执行的代码为上面的完整备份代码(保存到执行文件bkoplogtest_2XXX30),打印出执行过程如下截图

step 3 还原完整备份,执行的代码和打印执行过程如下:
执行的命令:
/data/mongodb/mongobin344/bin/mongorestore -h 172.XXX.XXX.124 --port 2XXX20 --oplogReplay --authenticationDatabase 认证数据库-u 用户名-p '密码' --gzip /data/mongodb_back/testoplogbackfile/20181107
打印出的执行过程:

step 4 检查还原库的情况,检查库(testoplog)、表(testfullbefore01、testfullbefore02、testfullbefore03)是否还原。

结论:完整还原后与原库完整备份时数据一致,符合测试预期。
3. 增量备份与还原
增量备份与还原的测试案例描述
测试案例 |
第一次增量备份 |
第一次增量还原 |
第二次增量备份 |
第二次增量还原 |
源库 |
备份前,新建集合testdiffbk01
并插入10000笔数据
|
无操作 |
备份前,新建集合testdiffbk02
并插入10000笔数据
|
无操作 |
还原库 |
无操作 |
还原后,检查testdiffbk01是否存在
以及数据量
|
无操作 |
还原后,检查testdiffbk02是否存在
以及数据量
|
step 1 第一次增量备份前,向源库中插入测试数据

step 2 第一次执行增量备份(执行增量备份的脚本,代码放置在执行文件mongodb_oplogbacktestoplog2XXXX.sh中)

step 3 向源库中第二次插入测试数据

step 4 第二次执行增量备份

两次增量备份产生的文件在 文件夹 /data/mongodb_back/mongodboplog_back/mongo27230 中,如下图所示:

step 5 将完整备份所在路径下的文件清空,将第一次备份的产生的oplog.rs.bson 文件,copy至此路径下,并重命名为oplog.bson。【即还原第一份增量备份】
清空指令:

Copy+ 重命名指令

还原指令:
/data/mongodb/mongobin344/bin/mongorestore -h 172.XXX.XXX.124 --port 2XXX20 --oplogReplay --authenticationDatabase 验证数据库-u 用户名-p '密码' /data/mongodb_back/testoplogbackfile/20181107

step 7 验证第一次增量还原的数据,验证测试所用的集合testdiffbk01及数据,与原库第一次增量备份时一致,即已正常还原增量。

step 8 将完整备份所在路径下的文件清空,将第二次增量备份的产生的oplog.rs.bson 文件,copy至此路径下,并重命名为oplog.bson。【即还原第二份增量备份】
删除指令

copy + 重命名指令

还原增量备份的指令【与第一次执行的还原命令完全一样】
/data/mongodb/mongobin344/bin/mongorestore -h 172.XXX.XXX.124 --port 2XXX20 --oplogReplay --authenticationDatabase 验证数据库-u 用户名-p '密码' /data/mongodb_back/testoplogbackfile/20181107

step 9 验证第二次增量还原的数据,验证测试所用的集合testdiffbk02及数据。结论:与原库第二次增量备份时一致,即已正常还原增量。

此次测试有完整备份与完整还原,还有两次增量备份月增量,详细演示增量还原方案的可行性和相关代码的可执行性,部署后满足生产所需。
五 注意事项
一定要在还原完整备份的路径下,还原已备份oplog的增量文件。即先将已还原的完整备份文件删除,再将增量备份产生oplog.rs.bson文件copy至路径下,并且重命名为oplog.bson。
如果是在其他路径下,则报错,主要的错误信息为:
2018-11-06T10:24:51.848+0800 checking for collection data in /data/mongodb_back/bkrcs_test/oplog.bson
2018-11-06T10:24:51.848+0800 Failed: no oplog file to replay; make sure you run mongodump with --oplog
验证测试,完整备份(全库备份)的文件在 路径 /XXX/XXXX_back/bkrcs_2XXXX/20181105 下 。
如果我们将oplog的增量文件(oplog.rs集合导出的数据)/local/oplog.rs.bson 复制至 /XXX/XXXX_back/bkrcs_test/路径下,并重命名为oplog.bson
执行restore命令报错:

如果我们将/local/oplog.rs.bson复制至还原完整备份所在的路径下( /XXX/XXXX_back/bkrcs_27XXX/20181105),执行restore,测试不再报错。

检查新增数据也已同步过去。
所以,还原时增量备份(oplog)一定要放置完整备份所在的文件夹下(copy前,先将完整备份完结删除)进行还原。
本文版权归作者所有,未经作者同意不得转载,谢谢配合!!!
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