本文转载自微信公众号「数据和云」，作者王鑫。转载本文请联系数据和云公众号。
一、前言
这几天在对PostgreSQL流复制的架构进行深入研究，其中一个关键的参数：recovery_min_apply_delay引起了我的注意，设置该参数的大概意思是：在进行流复制的时候，备库会延迟主库recovery_min_apply_delay的时间进行应用。比如说，我们在主库上insert10条数据，不会立即在备库上生效，而是在recovery_min_apply_delay的时间后，备库才能完成应用。
另外，我们知道在PostgreSQL中，其mvcc机制并不像Oracle或者MySQL一样，将旧版本数据存放在另外的空间中，而是通过对事务号(xid)的控制对旧版本数据不可见的方式进行实现。所以PostgreSQL中无法实现类似于Oracle的闪回机制。
在日常操作过程中，对表进行delete、truncate、drop等误操作都不能通过闪回来快速恢复。不怕一万，就怕万一，在做数据库维护的6年多里，遇到过的误操作还是很多。那么在PostgreSQL这种无法实现闪回的数据库中，如果出现误操作如何快速恢复呢?
二、架构简介
对于PostgreSQL数据库这种无法进行闪回的数据库来讲，最常用的办法就是通过备份+归档的方式进行数据恢复。但是这种恢复方式也有弊端，当数据库非常大时，恢复全量备份也会非常的慢，而且如果全量备份是一周前或者更久前的，那么恢复归档也会需要比较长的时间。这段时间内，可能业务就会长时间停摆，造成一定的损失。
如果通过流复制延迟特性作为生产数据库的容灾库，则可以从一定程度上解决该问题，其简单架构如下：
三、恢复步骤
PostgreSQL流复制容灾库架构的误操作恢复步骤如下：
1.主库出现误操作，查看流复制的replay状态;
2.在recovery_min_apply_delay时间内，暂停备库的replay;
3.判断主库出现的误操作类型(delete/truncate/drop);
4.根据主库误操作类型，对备库进行相应的操作;
5.通过pg_dump将误操作表导出;
6.在主库对pg_dump出的表进行恢复。
假设当前备库与主库相差10min，则误操作可以分为以下两个场景：
1)delete操作：
首先我们需要知道的是，针对delete操作，PostgreSQL会给相关表加一个ROW EXCLUSIVE锁，而该锁不会对select等dql操作进行阻塞。
所以当我们在主库进行delete误操作后，备库则会晚10min中进行replay。且此时可以对该表进行查询和pg_dump的导出。针对于主库delete误操作，恢复步骤如下：
第一步，查看流复制replay的状态，重点关注replay_lsn字段：
- select * from pg_stat_replication；
- postgres=# select * from pg_stat_replication;
- -[ RECORD 1 ]----+------------------------------
- pid | 55694
- usesysid | 24746
- usename | repl
- application_name | walreceiver
- client_addr | 192.168.18.82
- client_hostname |
- client_port | 31550
- backend_start | 2021-01-20 09:54:57.039779+08
- backend_xmin |
- state | streaming
- sent_lsn | 6/D2A17120
- write_lsn | 6/D2A17120
- flush_lsn | 6/D2A17120
- replay_lsn | 6/D2A170B8
- write_lag | 00:00:00.000119
- flush_lag | 00:00:00.000239
- replay_lag | 00:00:50.653858
- sync_priority | 0
- sync_state | async
- reply_time | 2021-01-20 14:11:31.704194+08
此时可以发现数据库中的replay_lsn字段的lsn值要比sent_lsn/write_lsn/flush_lsn都要小;
第二步，为了防止处理或者导出时间过慢而导致的数据同步，立即暂停备库的replay：
- select * from pg_wal_replay_pause();
查看同步状态：
- postgres=# select * from pg_is_wal_replay_paused();
- pg_is_wal_replay_paused
- -------------------------
- t
- (1 row)
第三步，在备库查看数据是否存在：
- select * from wangxin1;
第四步，通过pg_dump，将表内容导出：
- pg_dump -h 192.168.18.182 -p 18802 -d postgres -U postgres -t wangxin1 --data-only --inserts -f wangxin1_data_only.sql
第五步，在主库执行sql文件，将数据重新插入：
- psql -p 18801
- \i wangxin1_data_only.sql
恢复即完成。
2)truncate和drop：
这里首先需要知道的是，truncate和drop操作会给表加上一个access exclusive锁，该类型锁是PostgreSQL数据库中最严重的锁。如果表上有该锁，则会阻止所有对该此表的访问操作，其中也包括select和pg_dump操作。
所以说，在我们对主库中的某张表进行truncate或者drop后，同样，备库会由于recovery_min_apply_delay参数比主库晚完成truncate或drop动作10min(从参数理论上是这样理解的，但实际并不是)。
那么针对truncate和drop的恢复过程我们也参考delete的方式来进行：
- -[ RECORD 2 ]----+------------------------------
- pid | 67008
- usesysid | 24746
- usename | repl
- application_name | walreceiver
- client_addr | 192.168.18.82
- client_hostname |
- client_port | 32122
- backend_start | 2021-01-20 23:33:05.538858+08
- backend_xmin |
- state | streaming
- sent_lsn | 7/3F0593E0
- write_lsn | 7/3F0593E0
- flush_lsn | 7/3F0593E0
- replay_lsn | 7/3F059330
- write_lag | 00:00:00.000141
- flush_lag | 00:00:00.000324
- replay_lag | 00:00:11.471699
- sync_priority | 0
- sync_state | async
- reply_time | 2021-01-20 23:33:58.303686+08
接下来，为防止处理或导出时间过慢而导致的数据同步，应立即暂停备库的replay：
- select * from pg_wal_replay_pause();
查看同步状态：
- postgres=# select * from pg_is_wal_replay_paused();
- pg_is_wal_replay_paused
- -------------------------
- t
- (1 row)
接着，在备库查看数据是否存在：
- select * from wangxin1;
但是，此时就会发现问题：数据无法select出来，整个select进程会卡住(pg_dump也一样)：
- ^CCancel request sent
- ERROR: canceling statement due to user request
此时，可以对备库上的锁信息进行查询：
- select s.pid,
- s.datname,
- s.usename,
- l.relation::regclass,
- s.client_addr,
- now()-s.query_start,
- s.wait_event,
- s.wait_event_type,
- l.granted,
- l.mode,
- s.query
- from pg_stat_activity s ,pg_locks l
- where s.pid<>pg_backend_pid()
- and s.pid=l.pid;
- pid | datname | usename | relation | client_addr | ?column? | wait_event | wait_event_type | granted | mode | query
- -------+---------+---------+----------+-------------+----------+--------------------+-----------------+---------+---------------------+-------
- 55689 | | | | | | RecoveryApplyDelay | Timeout | t | ExclusiveLock |
- 55689 | | | wangxin1 | | | RecoveryApplyDelay | Timeout | t | AccessExclusiveLock |
- (2 rows)
发现此时truncate的表被锁住了，而pid进程则是备库的recover进程，所以此时我们根本无法访问该表，也就无法做pg_dump操作了。
因此，想要恢复则必须想办法将数据库还原到锁表之前的操作。于是对PostgreSQL的wal日志进行分析查看：
- pg_waldump -p /pgdata/pg_wal -s 7/3F000000
- rmgr: Standby len (rec/tot): 50/ 50, tx: 0, lsn: 7/3F050D70, prev 7/3F050D40, desc: RUNNING_XACTS nextXid 13643577 latestCompletedXid 13643576 oldestRunningXid 13643577
- rmgr: Heap2 len (rec/tot): 60/ 60, tx: 13643577, lsn: 7/3F050DA8, prev 7/3F050D70, desc: NEW_CID rel 1663/13593/2619; tid 20/27; cmin: 4294967295, cmax: 0, combo: 4294967295
- rmgr: Heap2 len (rec/tot): 60/ 60, tx: 13643577, lsn: 7/3F050DE8, prev 7/3F050DA8, desc: NEW_CID rel 1663/13593/2619; tid 20/23; cmin: 0, cmax: 4294967295, combo: 4294967295
- rmgr: Heap len (rec/tot): 65/ 6889, tx: 13643577, lsn: 7/3F050E28, prev 7/3F050DE8, desc: HOT_UPDATE off 27 xmax 13643577 flags 0x00 ; new off 23 xmax 0, blkref #0: rel 1663/13593/2619 blk 20 FPW
- rmgr: Heap2 len (rec/tot): 60/ 60, tx: 13643577, lsn: 7/3F052930, prev 7/3F050E28, desc: NEW_CID rel 1663/13593/2619; tid 20/28; cmin: 4294967295, cmax: 0, combo: 4294967295
- rmgr: Heap2 len (rec/tot): 60/ 60, tx: 13643577, lsn: 7/3F052970, prev 7/3F052930, desc: NEW_CID rel 1663/13593/2619; tid 20/24; cmin: 0, cmax: 4294967295, combo: 4294967295
- rmgr: Heap len (rec/tot): 76/ 76, tx: 13643577, lsn: 7/3F0529B0, prev 7/3F052970, desc: HOT_UPDATE off 28 xmax 13643577 flags 0x20 ; new off 24 xmax 0, blkref #0: rel 1663/13593/2619 blk 20
- rmgr: Heap len (rec/tot): 53/ 7349, tx: 13643577, lsn: 7/3F052A00, prev 7/3F0529B0, desc: INPLACE off 13, blkref #0: rel 1663/13593/1259 blk 1 FPW
- rmgr: Transaction len (rec/tot): 130/ 130, tx: 13643577, lsn: 7/3F0546D0, prev 7/3F052A00, desc: COMMIT 2021-01-20 23:31:23.009466 CST; inval msgs: catcache 58 catcache 58 catcache 50 catcache 49 relcache 24780
- rmgr: Standby len (rec/tot): 50/ 50, tx: 0, lsn: 7/3F054758, prev 7/3F0546D0, desc: RUNNING_XACTS nextXid 13643578 latestCompletedXid 13643577 oldestRunningXid 13643578
- rmgr: Standby len (rec/tot): 50/ 50, tx: 0, lsn: 7/3F054790, prev 7/3F054758, desc: RUNNING_XACTS nextXid 13643578 latestCompletedXid 13643577 oldestRunningXid 13643578
- rmgr: XLOG len (rec/tot): 114/ 114, tx: 0, lsn: 7/3F0547C8, prev 7/3F054790, desc: CHECKPOINT_ONLINE redo 7/3F054790; tli 1; prev tli 1; fpw true; xid 0:13643578; oid 33072; multi 1; offset 0; oldest xid 479 in DB 1; oldest multi 1 in DB 1; oldest/newest commit timestamp xid: 0/0; oldest running xid 13643578; online
- rmgr: Standby len (rec/tot): 50/ 50, tx: 0, lsn: 7/3F054840, prev 7/3F0547C8, desc: RUNNING_XACTS nextXid 13643578 latestCompletedXid 13643577 oldestRunningXid 13643578
- rmgr: Standby len (rec/tot): 42/ 42, tx: 13643578, lsn: 7/3F054878, prev 7/3F054840, desc: LOCK xid 13643578 db 13593 rel 24780
- rmgr: Storage len (rec/tot): 42/ 42, tx: 13643578, lsn: 7/3F0548A8, prev 7/3F054878, desc: CREATE base/13593/24885
- rmgr: Heap2 len (rec/tot): 60/ 60, tx: 13643578, lsn: 7/3F0548D8, prev 7/3F0548A8, desc: NEW_CID rel 1663/13593/1259; tid 1/13; cmin: 4294967295, cmax: 0, combo: 4294967295
- rmgr: Heap2 len (rec/tot): 60/ 60, tx: 13643578, lsn: 7/3F054918, prev 7/3F0548D8, desc: NEW_CID rel 1663/13593/1259; tid 1/14; cmin: 0, cmax: 4294967295, combo: 4294967295
- rmgr: Heap len (rec/tot): 65/ 7537, tx: 13643578, lsn: 7/3F054958, prev 7/3F054918, desc: UPDATE off 13 xmax 13643578 flags 0x00 ; new off 14 xmax 0, blkref #0: rel 1663/13593/1259 blk 1 FPW
- rmgr: Heap2 len (rec/tot): 76/ 76, tx: 13643578, lsn: 7/3F0566E8, prev 7/3F054958, desc: CLEAN remxid 13642576, blkref #0: rel 1663/13593/1259 blk 1
- rmgr: Btree len (rec/tot): 53/ 3573, tx: 13643578, lsn: 7/3F056738, prev 7/3F0566E8, desc: INSERT_LEAF off 141, blkref #0: rel 1663/13593/2662 blk 2 FPW
- rmgr: Btree len (rec/tot): 53/ 5349, tx: 13643578, lsn: 7/3F057530, prev 7/3F056738, desc: INSERT_LEAF off 117, blkref #0: rel 1663/13593/2663 blk 2 FPW
- rmgr: Btree len (rec/tot): 53/ 2253, tx: 13643578, lsn: 7/3F058A30, prev 7/3F057530, desc: INSERT_LEAF off 108, blkref #0: rel 1663/13593/3455 blk 4 FPW
- rmgr: Heap len (rec/tot): 42/ 42, tx: 13643578, lsn: 7/3F059300, prev 7/3F058A30, desc: TRUNCATE nrelids 1 relids 24780
- rmgr: Transaction len (rec/tot): 114/ 114, tx: 13643578, lsn: 7/3F059330, prev 7/3F059300, desc: COMMIT 2021-01-20 23:33:46.831804 CST; rels: base/13593/24884; inval msgs: catcache 50 catcache 49 relcache 24780
- rmgr: Standby len (rec/tot): 50/ 50, tx: 0, lsn: 7/3F0593A8, prev 7/3F059330, desc: RUNNING_XACTS nextXid 13643579 latestCompletedXid 13643578 oldestRunningXid 13643579
- rmgr: Standby len (rec/tot): 50/ 50, tx: 0, lsn: 7/3F0593E0, prev 7/3F0593A8, desc: RUNNING_XACTS nextXid 13643579 latestCompletedXid 13643578 oldestRunningXid 13643579
- rmgr: XLOG len (rec/tot): 114/ 114, tx: 0, lsn:
从wal日志的分析中，可以非常明显的看到，在最后一次checkpoint点后(恢复的起始点)，正常来说，数据库会继续执行lsn为7/3F054840的步骤开启事务，并在下一步lsn为7/3F054878的步骤直接对oid为24780(通过oid2name可以知道，这张表就是我们误操作表)的表进行lock操作，做一系列相关的操作后，进行了truncate，最后进行commit操作。
而这一系列操作，我们则可以认为是truncate一张表的正常操作。
由于我们知道checkpoint点是数据库的恢复起始点，那么我们是否可以将数据库恢复到这一点的lsn呢?此时的lsn肯定不会对表进行lock操作，那么我们就可以对该表进行pg_dump操作了。
想法是好的，但是实际操作则没那么顺利。我们可以通过对备库PostgreSQL的配置文件进行修改，加入参数：
- recovery_target_lsn= ‘7/3F0547C8’
- recovery_target_action= ‘pause’
重启数据库。
此时却发现数据库无法启动，通过对日志查看，发现原因竟然是：
这个恢复点，是一致性恢复点之前的点，所以无法正常恢复。
此时就出现了令我们奇怪的点，我们知道checkpoint的两个主要作用是：将脏数据进行刷盘;将wal日志的checkpoint进行记录。此时，肯定是数据库一致的点，但是为什么会报不一致呢?
经过一点一点的尝试，发现能够恢复的lsn点，只有truncate或者drop的commit操作的前面。那么这样我们还是无法对误操作表进行解锁。
最后，只能通过一种方式，即pg_resetwal的方式，强制指定备库恢复到我们想要的lsn点:
pg_resetwal -D data1 -x 559 Write-ahead log reset
再进行pg_dump即可。
但是，此时PostgreSQL的主备流复制关系已经被破坏，只能重新搭建或者以其他方式进行恢复(比如pg_rewind)。
四、问题分析
再次返回到进行truncate或drop的恢复步骤中，我们可以发现一个问题，为什么在checkpoint点后、truncate点前，无法将数据库恢复到一致点呢?为什么会报错呢?
按照常理来讲，checkpoint点就是恢复数据库的起始点，也是一致点，但是却无法恢复了。
继续进行详细的探究后发现一个现象：
延迟流复制过程中，我们配置了recovery_min_apply_delay参数，对源端数据库做truncate后，备库replay的lsn，停留在truncate表后的commit操作。而从主库的pg_stat_replication的replay_lsn值来看，此时备库的recover进程，应该就是在执行最后的commit的lsn;
更形象的来说，此时备库类似于我执行以下命令：
- begin;
- truncate table;
也就是说，此时我并没有提交，而备库也正在等待我进行提交，所以此时误操作表会被锁定。
但实际上，truncate table这个动作，已经在我的备库上进行了replay，只是最后的commit动作没有进行replay。因此，对于truncate动作之前所有lsn的操作已经是我当前数据库状态的一个过去式，无法恢复了，故会报错。
为了验证想法，在大佬的帮助下，又对PostgreSQL的源码进行查看，发现猜想原因确实没错：
在/src/backend/access/transam/xlog.c中，对于recovery_min_apply_delay参数有以下的一段描述：
- /*
- * Is it a COMMIT record?
- *
- * We deliberately choose not to delay aborts since they have no effect on
- * MVCC. We already allow replay of records that don't have a timestamp,
- * so there is already opportunity for issues caused by early conflicts on
- * standbys.
- */
大概意思是，当record中没有时间戳(timestamp)的时候，数据库就已经进行了replay。replay只会等待有时间戳的record，而所有的record中，只有commit操作有时间戳，故replay会等待一个commit操作。
不过在实际的生产环境中，我们通常会把recovery_min_apply_delay参数设置的较大，而在这之间，一般都会有一些其他的事务进行操作，当主库出现误操作(哪怕说truncate/drop)，只要及时发现，我们可以暂停replay的步骤，停在正常的事务操作下，此时误操作的表的事务还没有执行，那么这个容灾库还是比较有作用的。
