數據庫備份的重要性毋庸置疑，可以說(shuō)，它是數據安全的最后一道防線(xiàn)。鑒于此，對于備份，我們通常會(huì )做以下要求：

• 多地部署

  對于核心數據庫，我們通常有兩地三中心的部署要求。對于備份來(lái)說(shuō)，也是如此。

  一個(gè)備份應該有多個(gè)副本，每個(gè)副本存儲在不同區域。

• 多介質(zhì)部署

  一個(gè)備份的多個(gè)副本應存儲在不同介質(zhì)上，如磁盤(pán)和磁帶，防止單一介質(zhì)失效。

• 定期檢查備份的有效性

  備份只是在做正確的事情，有沒(méi)有把事情做對，還得依靠備份的有效性檢查。

前兩項，在條件允許的情況下，建議做。第三項必須做。

接下來(lái)，我們聊聊備份的相關(guān)話(huà)題，主要包括以下五方面的內容：

1. 備份的常見(jiàn)分類(lèi)。
2. MySQL中的備份工具。
3. mysqlbackup與mysqldump的備份恢復速度對比。
4. 如何檢測備份的有效性。
5. RTO和RPO 。

備份的常見(jiàn)分類(lèi)

物理備份 VS 邏輯備份

物理備份，顧名思義，就是備份物理文件。其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：

• 備份、恢復速度快。

  尤其是恢復速度，直接關(guān)系著(zhù)數據庫服務(wù)的RTO。

• 無(wú)需實(shí)例在線(xiàn)。

  在實(shí)例關(guān)閉的情況下，可直接拷貝文件，不用擔心備份的一致性。

  關(guān)閉實(shí)例進(jìn)行備份，也稱(chēng)之為 “冷備” 。

缺點(diǎn)：

• 備份文件大。

• 恢復時(shí)，對平臺、操作系統、MySQL版本有要求，必須一致或兼容。

• 只能在本地發(fā)起備份。

• 因為是拷貝物理文件，即使文件中存在很多“空洞”（大量DELETE導致），也無(wú)法通過(guò)恢復來(lái)收縮 。

• 對表的存儲引擎有要求，無(wú)法備份MEMORY表。

邏輯備份，備份表的邏輯記錄。其優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：

• 可移植性強?；謴蜁r(shí)，對平臺、操作系統、MySQL版本無(wú)要求。

• 靈活。尤其是在恢復時(shí)，可只恢復一個(gè)庫或一張表。

• 對表的存儲引擎沒(méi)有要求，任何類(lèi)型的表都可備份。

• 備份文件較小。

• 可遠程發(fā)起備份。

• 恢復后，能有效收縮空間。

缺點(diǎn)：

• 備份、恢復速度慢。

  實(shí)際上，單論備份速度，多線(xiàn)程備份其實(shí)也不慢。但恢復速度呢，即使是多線(xiàn)程恢復，也很慢。

• 備份會(huì )"污染"Buffer Pool。

  業(yè)務(wù)熱點(diǎn)數據會(huì )被備份數據驅逐出Buffer Pool 。

離線(xiàn)備份 VS 在線(xiàn)備份

離線(xiàn)備份，又可稱(chēng)之為 "冷備"，即實(shí)例關(guān)閉的情況下進(jìn)行的備份。此時(shí)，只能進(jìn)行物理備份，即全量拷貝物理文件。

在線(xiàn)備份，又可稱(chēng)之為 "熱備"，即實(shí)例運行過(guò)程中進(jìn)行的備份。此時(shí)，既可進(jìn)行物理備份，又可進(jìn)行邏輯備份。

因對業(yè)務(wù)侵入較小，線(xiàn)上一般使用在線(xiàn)備份。

全量備份 VS 增量備份

全量備份，即備份整個(gè)實(shí)例的全量數據。

增量備份，即只備份上次備份以來(lái)，那些發(fā)生了"變化"的數據。

通常來(lái)說(shuō)，基于物理備份來(lái)實(shí)現增量備份較為簡(jiǎn)單，以MySQL為例，只需判斷數據頁(yè)的LSN是否發(fā)生了變化。

而對于邏輯備份，就很難實(shí)現，如常見(jiàn)的基于某個(gè)時(shí)間字段來(lái)進(jìn)行增量備份，但其實(shí)，很難保證某個(gè)時(shí)間段之前的數據不被修改或刪除。

MySQL中的備份工具

物理備份

物理備份相關(guān)的工具有：

• XtraBackup

  Percona公司開(kāi)源的備份工具，適用于MySQL、MariaDB、Percona Server。

  https://www.percona.com/software/mysql-database/percona-xtrabackup

  XtraBackup目前維護的大版本有兩個(gè)：

  1. XtraBackup 2.4，適用于MySQL 5.6和5.7。

  2. XtraBackup 8.0。適用于 MySQL 8.0。

  之所以要維護兩個(gè)版本，是因為MySQL 8.0中的redo log和數據字典的格式發(fā)生了變化。

• mysqlbackup

  MySQL企業(yè)級備份工具（ MySQL Enterprise Backup ），適用于MySQL企業(yè)版。

  https://dev.mysql.com/doc/mysql-enterprise-backup/4.1/en/mysqlbackup.html

• Clone Plugin

  MySQL 8.0.17引入的克隆插件。初衷是為了方便Group Replication添加新的節點(diǎn)。有了Clone Plugin，我們也能很方便的搭建一個(gè)從庫，無(wú)需借助其它備份工具。

三者的實(shí)現原理基本相同，都是在備份的過(guò)程中，拷貝物理文件和redo log ，最后，再利用InnoDB Crash Recovery，將物理文件恢復到備份結束時(shí)的一致性狀態(tài)。

邏輯備份

邏輯備份相關(guān)的工具有：

• mysqldump

  MySQL安裝包自帶的備份工具，單線(xiàn)程備份。

• mydumper

  由Facebook、SkySQL、Oracle和Percona開(kāi)發(fā)人員維護的一個(gè)多線(xiàn)程備份工具，可實(shí)現行級別的并行備份。

• https://github.com/maxbube/mydumper

• mysqlpump

  MySQL 5.7引入的備份工具，可實(shí)現表級別的并行備份。

• MySQL Shell

  MySQL Shell 8.0.21引入了一個(gè)工具-util.dumpInstance()，可實(shí)現行級別的并行備份。

  這個(gè)工具對備份實(shí)例和恢復實(shí)例的版本有要求：備份實(shí)例 >= 5.6，恢復實(shí)例 >= 5.7。

• SELECT ... INTO OUTFILE

  SQL命令，可將表記錄直接導出到文件中。

下面說(shuō)說(shuō)這幾個(gè)工具的異同點(diǎn)：

1. 從實(shí)現原理來(lái)看，mysqldump、 mydumper、mysqlpump、 MySQL Shell可歸為一類(lèi)，本質(zhì)上都是通過(guò)SELECT * FROM TABLE的方式備份數據，只不過(guò)在此基礎上，通過(guò)全局讀鎖 + REPEATABLE READ事務(wù)隔離級別，實(shí)現了數據庫的一致性備份。

2. SELECT ... INTO OUTFILE 充其量只是一個(gè)命令，算不上工具，更不用說(shuō)數據庫的一致性備份。

3. 從導出的內容來(lái)看，mysqldump、mydumper、mysqlpump 會(huì )以INSERT語(yǔ)句的形式保存備份結果，如，

   INSERT INTO `t1` VALUES (1,'aaa'),(2,'bbb'),(3,'ccc');
   

   而 MySQL Shell和SELECT ... INTO OUTFILE 是以CSV格式的形式保存備份結果，如，

   1       aaa
   2       bbb
   3       ccc
   

4. 在恢復，各個(gè)工具對應的恢復工具也不一樣。具體來(lái)說(shuō)，

   mysqldump、mysqlpump對應的恢復工具是mysql客戶(hù)端，所以是單線(xiàn)程恢復。

   mydumper對應的恢復工具是myloader，支持多線(xiàn)程恢復。

   util.dumpInstance()對應的恢復工具是util.loadDump()，該工具實(shí)際調用的是LOAD DATA LOCAL INFILE命令，支持多線(xiàn)程恢復。

   SELECT ... INTO OUTFILE對應的恢復命令是LOAD DATA。

mysqlbackup VS mysqldump

下面是MySQL官方提供的一組數據，對比了mysqlbackup和mysqldump備份恢復時(shí)間。

第一張圖比較的是備份時(shí)間，mysqldump是mysqlbackup的49倍。

第二張圖比較的是恢復時(shí)間，mysqldump是mysqlbackup的80倍。

借此，我們也能看到邏輯備份工具相對于物理備份工具在備份、還原速度上的差距。

不過(guò)可惜的是，這里沒(méi)有測試mydumper。

畢竟，針對數據量較大的實(shí)例，如果一定要使用邏輯備份，大家一般傾向于使用mydumper，而不是mysqldump。

如何檢測備份的有效性

為什么要檢測備份的有效性，原因主要有兩個(gè)：

1. 驗證整個(gè)備份環(huán)節的可靠性。

   包括備份參數是否完備，備份集是否有效，備份介質(zhì)是否損壞等。

2. 通過(guò)檢查備份的有效性，搭建一套完整的自動(dòng)化恢復體系。

   很多時(shí)候，影響數據庫恢復時(shí)間的并不是備份集太老，而是手動(dòng)恢復過(guò)程中，因為命令、環(huán)境、流程的不熟悉，所帶來(lái)的額外耗時(shí)。

如何檢測備份的有效性，常用的方法有三個(gè)：

1. 基于備份恢復實(shí)例，看實(shí)例能否起來(lái)。并在此基礎上，進(jìn)行隨機查詢(xún)。

   這種檢測方法最簡(jiǎn)單。

   一般來(lái)說(shuō)，實(shí)例能起來(lái)，且隨機查詢(xún)也沒(méi)問(wèn)題，就意味著(zhù)這個(gè)備份集是可用的。

   但備份集可用，并不意味著(zhù)這個(gè)備份集能滿(mǎn)足我們的需求，譬如常見(jiàn)的，搭建從庫。

   而且一些常見(jiàn)的問(wèn)題，如備份中斷、參數沒(méi)指定準確，也無(wú)法通過(guò)這種方式檢測出來(lái)。

2. 在1的基礎上，建立復制。

   如果從庫在追主庫的過(guò)程中，沒(méi)有報錯，大概率意味著(zhù)主從數據是一致的。當然，也只是大概率，并不是100%。

3. 在2的基礎上，利用pt-table-checksum檢查主從數據的一致性。

   如果檢查結果沒(méi)問(wèn)題，則意味著(zhù)主從數據是一致的，也就間接證明了備份的有效性。

   但因為pt-table-checksum在運行的過(guò)程中，會(huì )在chunk級別對表加S鎖，對更新頻繁的業(yè)務(wù)，還是有一定的影響。

一般來(lái)說(shuō)，線(xiàn)上使用方法2足矣。

方法3，因為要檢查主從數據的一致性，耗時(shí)相對較久，如果要檢測的備份集很多，反而會(huì )影響檢測的效率。

RTO 和 RPO

衡量一個(gè)數據中心的容災能力時(shí)，有兩個(gè)常用的指標：

• RTO：Recovery Time Objective，恢復時(shí)間目標。

  指的是災難發(fā)生后，必須在這個(gè)時(shí)間內恢復數據。

  在恢復數據的這段時(shí)間內，服務(wù)是不可用的，所以RTO也是服務(wù)可允許的最大不可用時(shí)間。如果我們要求服務(wù)的最大不可用時(shí)間是30分鐘，那么RTO就是30分鐘。

  RTO 越小，代表容災系統的恢復能力越強。

• RPO：Recovery Point Objective，數據恢復點(diǎn)目標。

  指的是災難發(fā)生后，數據可以恢復到的時(shí)間點(diǎn)。

  譬如，我有一個(gè)系統，每天0點(diǎn)進(jìn)行一次全備。當系統出現故障后，會(huì )基于上一次的備份來(lái)恢復。如果系統在凌晨3點(diǎn)出現故障，我們會(huì )丟失3個(gè)小時(shí)的數據。極端情況下，系統在23:59出現故障，我們會(huì )丟失24個(gè)小時(shí)的數據。這里的24小時(shí)就是這個(gè)系統的RPO 。

  RPO越小，代表系統越能保證數據的完整性。

RTO、RPO與災難在時(shí)間軸上的關(guān)系如下圖所示：

可以看到，RPO針對的是數據丟失，RTO針對的是服務(wù)宕機時(shí)間，兩者之間沒(méi)有必然的聯(lián)系。

最理想的情況是RTO和RPO都為0，這就意味著(zhù)當災難發(fā)生時(shí)，系統會(huì )立即恢復，而且數據不會(huì )丟失。當然，RTO、RPO越小，需要投入的成本也越高。

具體到MySQL中，為了降低RTO和RPO，我們可以從以下幾個(gè)方面著(zhù)手：

RTO

1. 增加備份頻率，縮短備份周期。

2. 選擇物理備份，而不是邏輯備份。

3. 添加延遲從庫。

4. 恢復流程的自動(dòng)化。

RPO

1. 增加備份頻率，縮短備份周期。

2. 搭建Binlog Server備份Binlog。當出現故障時(shí)，我們可以基于備份和Binlog做基于時(shí)間點(diǎn)的恢復。

3. 添加延遲從庫。

總結

從RTO的角度出發(fā)，應盡量選擇物理備份，而不是邏輯備份。如果要使用邏輯備份，應盡量選擇多線(xiàn)程備份工具和多線(xiàn)程恢復工具。

從RPO的角度出發(fā)，應盡量增加備份頻率，縮短備份周期。

但 every coin has two sides，使用物理備份或者增加備份頻率，無(wú)疑會(huì )增加存儲成本。

所以，在確定備份策略和選擇備份工具時(shí)，應從業(yè)務(wù)的RTO和RPO出發(fā)，結合存儲成本綜合考慮。

大多數公司會(huì )采取一個(gè)統一的備份策略，如一天一個(gè)全備。雖然災難情況很少出現，開(kāi)發(fā)和DBA童鞋也應充分理解到這里面的風(fēng)險，并制定相應的預案及業(yè)務(wù)兜底方案。

另外，對于線(xiàn)上核心業(yè)務(wù)，如果只有備份，還是很難有效降低數據庫服務(wù)的RTO和RPO，建議部署延遲從庫。