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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.

Sur les versions précédentes susceptibles d’être encore rencontrées en production, seuls quelques points très importants sont évoqués, en plus éventuellement de quelques éléments historiques.

Sauf précision contraire, le système d’exploitation utilisé est Linux.

La sauvegarde traditionnelle, qu’elle soit logique ou physique à froid, répond à beaucoup de besoins. Cependant, ce type de sauvegarde montre de plus en plus ses faiblesses pour les gros volumes : la sauvegarde est longue à réaliser et encore plus longue à restaurer. Et plus une sauvegarde met du temps, moins fréquemment on l’exécute. La fenêtre de perte de données devient plus importante.

PostgreSQL propose une solution à ce problème avec la sauvegarde physique à chaud. On peut l’utiliser comme un simple mode de sauvegarde supplémentaire, mais elle permet bien d’autres possibilités, d’où le nom de PITR (Point In Time Recovery).

Ce module fait le tour de la sauvegarde PITR, de la mise en place de l’archivage (manuelle ou avec l’outil pg_receivewal) à la sauvegarde des fichiers (en manuel, ou avec l’outil pg_basebackup). Il discute aussi de la restauration d’une telle sauvegarde. Nous évoquerons très rapidement quelques outils externes pour faciliter ces sauvegardes.

Les journaux de transactions (appelés souvent WAL) sont une garantie contre les pertes de données. Il s’agit d’une technique standard de journalisation appliquée à toutes les transactions, pour garantir l’intégrité (la base reste cohérente quoiqu’il arrive) et la durabilité (ce qui est validé ne sera pas perdu).

Ainsi lors d’une modification de donnée, l’écriture au niveau du disque se fait généralement en deux temps :

• écriture des modifications dans le journal de transactions, avec écriture forcée sur disque (« synchronisation ») lors d’un COMMIT ;
• écriture dans le fichier de données bien plus tard, lors d’un « checkpoint ».

Ainsi en cas de crash :

• PostgreSQL redémarre ;
• il vérifie s’il reste des données non intégrées aux fichiers de données dans les journaux (mode recovery) ;
• si c’est le cas, ces données sont recopiées dans les fichiers de données afin de retrouver un état stable et cohérent ;
• PostgreSQL peut alors s’ouvrir sans perte des transactions validées lors du crash (une transaction interrompue, et donc jamais validée, est perdue).

Les écritures dans le journal se font de façon séquentielle, donc sans grand déplacement de la tête d’écriture (sur un disque dur classique, c’est l’opération la plus coûteuse). De plus, comme nous n’écrivons que dans un seul fichier de transactions, la synchronisation sur disque, lors d’un COMMIT, peut se faire sur ce seul fichier, si le système de fichiers le supporte. Concrètement, ces journaux sont des fichiers de 16 Mo par défaut, avec des noms comme 0000000100000026000000AF, dans le répertoire pg_wal/ de l’instance PostgreSQL (répertoire souvent sur une partition dédiée).

L’écriture définitive dans les fichiers de données est asynchrone, et généralement lissée, ce qui est meilleur pour les performances qu’une écriture immédiate. Cette opération est appelée « checkpoint » et périodique (5 minutes par défaut, ou plus).

Divers paramètres et fonctionnalités peuvent altérer ce comportement par défaut, par exemple pour des raisons de performances.

À côté de la sécurité et des performances, le mécanisme des journaux de transactions est aussi utilisé pour des fonctionnalités très intéressantes, comme le PITR et la réplication physique, basés sur le rejeu des informations stockées dans ces journaux.

Pour plus d’informations :

• PostgreSQL et ses journaux de transactions, > Guillaume Lelarge, GNU/Linux Magazine n°108 (septembre 2008), encore d’actualité pour l’essentiel.

PITR est l’acronyme de Point In Time Recovery, autrement dit restauration à un point dans le temps.

C’est une sauvegarde à chaud et surtout en continu. Là où une sauvegarde logique du type pg_dump se fait au mieux une fois toutes les 24 h, la sauvegarde PITR se fait en continu grâce à l’archivage des journaux de transactions. De ce fait, ce type de sauvegarde diminue très fortement la fenêtre de perte de données.

Bien qu’elle se fasse à chaud, la sauvegarde est cohérente.

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 (base backup). 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).

Comme les journaux redéroulent toute l’activité depuis le début de la sauvegarde PITR, ils doivent impérativement être rejoués dans l’ordre de leur écriture (et donc de leur nom), et leur contenu entier est appliqué.

Le rejeu s’arrête quand les journaux à rejouer sont épuisés, ou si le DBA a demandé à s’arrêter à un moment précis.

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 (RPO). 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, car les fichiers des journaux sont de taille fixe, et ils ne sont archivés que complets. (À l’inverse, une sauvegarde logique avec pg_dump entraînera une perte de données bien plus importante. Si elle est lancée à 3 h et restaurée après un souci à 12 h, on perd 9 heures de données.)

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.

Le premier inconvénient vient directement du fait qu’on copie les fichiers : la sauvegarde et la restauration concernent l’instance complète. Il est impossible de ne restaurer qu’une seule base ou que quelques tables.

La restauration se fait impérativement sur la même architecture (x86/ARM, 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 ensuite (à cause d’une différence de définition des locales entre deux versions majeures d’une distribution).

Une sauvegarde PITR nécessite en plus un plus grand espace de stockage. Non seulement il faut sauvegarder les fichiers, y compris les index et la fragmentation, mais aussi tous les journaux de transactions sur une certaine période, ce qui peut être volumineux (en tout cas beaucoup plus que des pg_dump). La volumétrie des journaux dépend fortement de l’activité.

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 !

Si un journal est perdu ou corrompu, la restauration ne pourra jamais aller au-delà de ce journal. Le risque augmente avec le nombre de journaux conservés.

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.

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 avant PostgreSQL 17. À partir de cette version, des sauvegardes incrémentales faite avec pg_basebackup peuvent se combiner avec un outil nommé pg_combinebackup, mais les fonctionnalités sont encore un peu sommaire.

Il ne permet pas non plus 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 (c’est le cas de barman, notamment).

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

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).

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

Même si la mise en place est plus complexe qu’un pg_dump, la sauvegarde PITR demande peu d’étapes. La première chose à faire est de mettre en place l’archivage des journaux de transactions. Un choix est à faire entre un archivage classique et l’utilisation de l’outil pg_receivewal.

Lorsque cette étape est réalisée (et fonctionnelle), il est possible de passer à la seconde : la sauvegarde des fichiers. Là-aussi, il y a différentes possibilités : soit manuellement, soit pg_basebackup, soit son propre script ou un outil extérieur.

La méthode historique, et la plus utilisée toujours, utilise le processus archiver. Ce processus fonctionne sur l’instance sauvegardée et fait partie des processus du serveur PostgreSQL. Seule sa (bonne) configuration incombe au DBA, notamment le paramètre archive_command.

Une autre méthode existe : pg_receivewal. Cet outil livré aussi avec PostgreSQL se comporte comme un serveur secondaire, tournant sur un autre serveur. Il reconstitue les journaux de transactions à partir du flux de réplication.

Chaque solution a ses avantages et inconvénients.

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

• sur un disque différent du même serveur (à éviter) ;
• sur un disque d’un autre serveur (montage réseau, transfert par SSH, bucket S3…) ;
• sur des bandes…

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 système postgres peut écrire dedans :

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

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 réseau (NFS…).

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. Avec on, l’instance n’archive les journaux que si elle est primaire.) Le changement nécessite un redémarrage.

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.

(À 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. En production, il vaudra mieux utiliser une bibliothèque fournie par un outil PITR reconnu. Cependant, à notre connaissance (en décembre 2024), aucun outil n’utilise encore cette fonctionnalité, qui est sans doute plutôt utilisée par des opérateurs cloud. L’utilisation simultanée de archive_command et archive_library est déconseillée, et interdite depuis PostgreSQL 16.)

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, par exemple pg_wal/00000001000000A900000065. Le joker %f correspond au nom du journal de transactions une fois archivé, par exemple 00000001000000A900000065. La commande réellement exécutée ressemblera donc à ceci :

cp pg_wal/00000001000000A900000065 /mnt/nfs1/archivage/00000001000000A900000065

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 (ordre sync).

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 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, ou de la gestion d’erreur plus complexe. Il peut aussi être intéressant de tracer l’action de l’archivage, ou de compresser le journal avant archivage.

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'

archive_mode = on
archive_command = '/bin/true'

Si l’activité en écriture est très réduite en volume, 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.)

Ainsi, la perte de données maximale sera de cette durée.

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.

Il ne reste plus qu’à indiquer à PostgreSQL de recharger sa configuration pour que l’archivage soit en place (avec SELECT pg_reload_conf(); ou la commande reload adaptée au système). Dans le cas où il a fallu définir wal_level = replica ou archive_mode = on, il faudra relancer PostgreSQL.

PostgreSQL archive les journaux impérativement dans l’ordre où ils ont été générés.

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. Les causes classiques sont un réseau saturé, une compression des journaux trop lente, ou des écritures trop intenses. Si l’archivage est complètement bloqué (à cause d’un disque saturé par exemple), 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.

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 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 est utilisé par exemple par l’outil de sauvegarde PITR barman. Les auteurs de pgBackRest préfèrent utiliser archive_command car ils peuvent ainsi mieux paralléliser des débits élevés.

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.

Enfin, nous devons créer le slot de réplication qui sera utilisé par pg_receivewal. La fonction pg_create_physical_replication_slot() est là pour ça. Il est à noter que la liste des slots est disponible dans le catalogue système pg_replication_slots.

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.

La méthode archiver est la méthode la plus simple à mettre en place. Elle est gérée intégralement par 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.

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.

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

La sauvegarde concurrente 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.

Les sauvegardes manuelles servent cependant encore quand on veut utiliser une sauvegarde par snapshot de partition ou de baie, 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.

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…).

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…).

Copie manuelle :

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.

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

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.

pg_basebackup a été décrit plus haut. Il a l’avantage d’être simple à utiliser, de savoir quels fichiers ne pas copier, de fiabiliser la sauvegarde par un slot de réplication. Il ne réclame en général pas de configuration supplémentaire.

Si l’archivage est déjà en place, copier les journaux est inutile (--wal-method=none). Nous verrons plus tard comment lui indiquer où les chercher.

L’inconvénient principal de pg_basebackup reste son incapacité à reprendre une sauvegarde interrompue ou à opérer une sauvegarde différentielle ou incrémentale, du moins avant PostgreSQL 17.

La fréquence dépend des besoins. Une sauvegarde par jour est le plus commun, mais il est possible d’espacer encore plus la fréquence.

Cependant, il faut conserver à l’esprit que plus la sauvegarde est ancienne, plus la restauration sera longue, car un plus grand nombre de journaux seront à rejouer.

La vue pg_stat_progress_basebackup permet de suivre la progression de la sauvegarde de base, quelque soit l’outil utilisé, à condition qu’il passe par le protocole de réplication. Cela permet ainsi de savoir à quelle phase la sauvegarde se trouve, quelle volumétrie a été envoyée, celle à envoyer, etc.

Dans cet exemple, la sauvegarde a fini à 02 h du matin (le moment où une fonction pg_backup_stop() est appelée par un outil ou un script). La sauvegarde des fichiers de données s’est effectuée en parallèle de l’archivage des journaux, qui continue indéfiniment ensuite.

À 06 h, le DBA a créé un « point de restauration », ainsi (le nom est arbitraire) :

SELECT pg_create_restore_point ('label');

 pg_create_restore_point 
-------------------------
 26/9B000090

Ces points de restauration sont totalement optionnels, et peuvent être créés avant certaines opérations (par exemple un batch ou une mise en production), ou périodiquement.

Une catastrophe quelconque frappe à 13 h et il faut restaurer.

La ligne de temps de ce schéma correspond aux heures des transactions originales.

Pour restaurer, le DBA copie la sauvegarde de base, modifie la configuration et démarre l’instance qui commence à rejouer les journaux. Elle atteint le point de cohérence (correspondant à la fin de la sauvegarde), et est donc dans l’état correspondant à la fin de la sauvegarde, donc comme à 02 h.

Deux possibilités sont montrées ici :

1. le DBA demande à redérouler les journaux jusqu’au point de restauration label, pour avoir une image de la base à 06 h ;
2. le DBA demande à redérouler les journaux jusque 12 h 55, juste avant la catastrophe.

Nous verrons qu’il lui suffira de choisir les bons paramètres (ici recovery_target_name ou recovery_target_time).

La restauration se déroule en trois, voire quatre étapes suivant qu’elle est effectuée sur le même serveur ou sur un autre serveur. Dans le cas où la restauration a lieu sur le même serveur, les étapes préliminaires suivantes sont à effectuer.

Il faut arrêter PostgreSQL s’il n’est pas arrêté. Cela arrive quand la restauration a pour but, par exemple, de récupérer des données qui ont été supprimées par erreur.

Ensuite, il faut supprimer (ou archiver) l’ancien répertoire des données pour pouvoir y placer la sauvegarde des fichiers. Écraser l’ancien répertoire n’est pas suffisant, il faut le supprimer, ainsi que les répertoires des tablespaces au cas où l’instance en possède. (L’exception est l’utilisation d’outils capable de trouver les différence entre les fichiers à restaurer et ceux présents, pour gagner du temps, comme rsync ou pgbackrest restore --delta.) Cela est valable aussi pour chaque tablespace.

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.

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.

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 (voir cet article) ;
• 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.

Évidemment, il ne faudra choisir qu’un paramètre parmi ceux-là.

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).

Exemples de paramétrage :

recovery_target_name = 'label';

recovery_target_time = '2022-12-31 12:45:00 UTC'

recovery_target_lsn = '0/2000060'

recovery_target_xid = '1100842'

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.

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

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

Les éventuels journaux présents sont rejoués, puis restore_command est appelé pour fournir d’autres journaux, jusqu’à ce que la commande ne trouve plus rien dans les archives.

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 ce point, 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. 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"…

Si le message apparaît, le rejeu n’est pas terminé, mais on a au moins Au moment où ce message apparaît, le rejeu n’est pas terminé, mais il a atteint un stade où l’instance est cohérente et utilisable.

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.

La durée de la restauration est fortement dépendante du nombre de journaux. Ils sont rejoués séquentiellement. Mais avant cela, un fichier journal peut devoir être récupéré, décompressé, et restauré dans pg_wal.

Il est donc préférable qu’il n’y ait pas trop de journaux à rejouer, et donc qu’il n’y ait pas trop d’espaces entre sauvegardes complètes successives.

La version 15 a optimisé le rejeu en permettant l’activation du prefetch des blocs de données lors du rejeu des journaux.

Un outil comme pgBackRest en mode asynchrone permet de paralléliser la récupération des journaux, ce qui permet de les récupérer via le réseau et de les décompresser par avance pendant que PostgreSQL traite les journaux précédents.

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 est identifiée par un numéro et se matérialise par un ensemble de journaux de transactions. Le numéro de la timeline est le premier nombre hexadécimal du nom des segments de journaux de transactions, en 8ᵉ position (le second est le numéro du journal, et le troisième, à la fin, le numéro du segment). Ainsi, lorsqu’une instance s’ouvre après une restauration PITR, elle peut archiver immédiatement ses 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/
000000010000000000000007
000000010000000000000008
000000010000000000000009
00000001000000000000000A
00000001000000000000000B
00000001000000000000000C
00000001000000000000000D
00000001000000000000000E
00000001000000000000000F
000000010000000000000010
000000010000000000000011
000000020000000000000009
00000002000000000000000A
00000002000000000000000B
00000002000000000000000C
00000002.history

Noter les timelines 1 et 2 en 8ᵉ position des noms des fichiers. Il y a deux fichiers finissant par 09 : le premier 000000010000000000000009 contient des informations communes aux deux timelines mais sa fin ne figure pas dans la timeline 2. Les fichiers 00000001000000000000000A à 000000010000000000000011 contiennent des informations qui ne figurent que dans la timeline 1. Les fichiers 00000002000000000000000Ajusque 00000002000000000000000C sont uniquement dans la timeline 2. Le fichier 00000002.history contient l’information sur la transition entre les deux timelines.

Ce fichier sert pendant le recovery, quand l’instance doit choisir les timelines à suivre et les fichiers à restaurer. 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. Une fois la restauration finie, avant de s’ouvrir en écriture, l’instance archive un nouveau fichier .history pour la nouvelle timeline sélectionnée. Il contient l’adresse du point de départ dans la timeline qu’elle quitte, c’est-à-dire le point de bifurcation entre la 1 et la 2 :

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

Puis l’instance continue normalement, et archive ses journaux commençant par 00000002.

Après une seconde restauration, repartant de la timeline 2, l’instance choisit la timeline 3 et écrit un nouveau fichier :

$ 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

Ce fichier reprend les timelines précédemment suivies par l’instance. En effet, l’enchaînement peut être complexe s’il y a eu plusieurs retours en arrière ou restauration.

À la restauration, on peut choisir la timeline cible en configurant le paramètre recovery_target_timeline. Il vaut par défaut 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 ainsi 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.

Le changement de timeline ne se produit que lors d’une restauration explicite, et pas en cas de recovery après crash, notamment. (Cela arrive aussi quand un serveur secondaire est promu : il crée une nouvelle timeline.)

Il y a quelques pièges :

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.

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.

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.

De plus, s’il y a eu plusieurs restaurations successives, qui ont provoqué quelques archivages et des apparitions de timelines dans le même dépôt d’archives, avant d’être abandonnées, il faut faire attention au paramètre recovery_target_timeline (latest ne convient plus), ce qui complique une future restauration.

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.)

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. Un exemple figure dans ce billet du blog Dalibo.

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.

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 gros gain en volumétrie (souvent plus de 50 % !). Les journaux font toujours 16 Mo (par défaut), mais comme ils sont moins nombreux, leur rejeu est plus rapide, ce qui accélère la réplication et la reprise après un crash. Cette compression des journaux est totalement transparente pour l’archivage ou la restauration. Le prix est une augmentation de la consommation en CPU, souvent négligeable.

Depuis PostgreSQL 15, on peut même choisir l’algorithme de compression : pglz, lz4 ou zstd. on est le synonyme de pglz… qui est sans doute le moins bon des trois (voir ce petit test), surtout en terme de consommation CPU.

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.

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.

Voir https://dali.bo/i4_html pour une description plus complète.

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 multithread ;
• 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 est un outil créé par 2ndQuadrant (racheté depuis par EDB). Il a pour but de faciliter la mise en place de sauvegardes PITR. Il gère à la fois la sauvegarde et la restauration.

La commande barman dispose de plusieurs actions :

• list-server, pour connaître la liste des serveurs configurés ;
• backup, pour lancer une sauvegarde de base ;
• list-backup, pour connaître la liste des sauvegardes de base ;
• show-backup, pour afficher des informations sur une sauvegarde ;
• delete, pour supprimer une sauvegarde ;
• recover, pour restaurer une sauvegarde (la restauration peut se faire à distance).

Contrairement aux autre outils présentés ici, barman permet d’utiliser pg_receivewal.

Il supporte aussi les dépôts S3 ou blob Azure.

Site web de barman

Cette méthode de sauvegarde est la seule utilisable dès que les besoins de performance de sauvegarde et de restauration augmentent (Recovery Time Objective ou RTO), ou que le volume de perte de données doit être drastiquement réduit (Recovery Point Objective ou RPO).

La version en ligne des solutions de ces TP est disponible sur https://dali.bo/i2_solutions.

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 ?

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 /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.

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.

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 /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, et avec les bons droits pour postgres :

sudo mkdir /archives
sudo chown postgres: /archives
sudo chmod 700 /archives

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

La commande d’archivage se définit dans postgresql.conf :

archive_mode = on   
archive_command = 'rsync %p /archives/%f'

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

restore_command = 'rsync /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 /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 /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 "/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 "/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 "/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 "/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 "/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