物理备份工具Xtrabackup备份和恢复原理详解

一、XtraBackup 的特点

1. 非阻塞备份

   • 热备份：XtraBackup 能够在数据库运行时进行备份，无需停止数据库服务或锁定表。这使得备份过程对数据库的正常运行几乎没有影响，特别适合高负载的生产环境。

   • 无锁表操作：备份过程中不会打断正在进行的事务，确保数据的一致性，同时不影响数据库性能。

2. 备份和恢复速度快

   • 物理备份：XtraBackup 采用物理备份方式，直接备份数据文件，而不是逻辑备份（如 mysqldump）。这种方式备份和恢复速度更快，特别适合大规模数据库。

   • 增量备份：支持基于时间点的增量备份，只备份自上次备份以来发生更改的数据，节省存储空间和备份时间。

   • 压缩和流式备份：支持备份数据的压缩和流式传输，减少磁盘空间和网络带宽的使用，进一步提高备份效率。

3. 版本兼容性

   • XtraBackup 8.0：专为 MySQL 8.0 设计，支持 MySQL 8.0 的所有新特性和功能。

   • 向下兼容性限制：XtraBackup 8.0 不支持备份 MySQL 8.0 之前的版本。如果需要备份 MySQL 5.6 或 5.7，应使用 XtraBackup 2.4 版本。

   • 版本匹配：确保 XtraBackup 版本与 MySQL 版本匹配，以避免兼容性问题。

二、下载

下载地址，选择对应MySQL版本的Percona XtraBackup

Software Downloads - Percona

wget https://downloads.percona.com/downloads/Percona-XtraBackup-8.0/Percona-XtraBackup-8.0.25-17/binary/redhat/8/x86_64/percona-xtrabackup-80-8.0.25-17.1.el8.x86_64.rpm

yum install percona-xtrabackup-80-8.0.25-17.1.el8.x86_64.rpm -y

三、XtraBackup的备份原理 

1. 记录 LSN，复制 InnoDB 的数据文件，复制 redo log

• LSN（Log Sequence Number） 是 InnoDB 的日志系统中用于标识事务日志位置的编号。LSN 是一个递增的值，用于记录数据库的更改。

• XtraBackup 会记录备份开始时的 LSN，并复制 InnoDB 的数据文件（如 .ibd 和 ibdata1 文件）。

• 同时，它会持续复制 redo log（重做日志），用于在备份过程中捕获所有对数据库的更改。

2. 加备份锁

• 在备份过程中，XtraBackup 会对事务引擎（如 InnoDB）的数据加一个轻量级的备份锁。这个锁的作用是确保在备份过程中不会丢失事务的更改。

• 这种锁不会阻塞事务的正常运行，因此 XtraBackup 可以在数据库运行时进行备份。

3. 备份完事务引擎的数据和日志后，锁定非事务表

• 事务引擎（如 InnoDB）的数据和日志备份完成后，XtraBackup 会锁定非事务引擎的表（如 MyISAM 引擎的表）。

• 锁定非事务表的目的是为了确保这些表的数据在备份时不会被修改，从而保证备份的一致性。

4. 复制非事务引擎的表数据文件

• 在非事务表被锁定后，XtraBackup 会直接复制这些表的数据文件（如 .frm 和 .MYD 文件）。

• 由于非事务表没有事务日志，直接复制数据文件即可。

5. 查询 GTID 信息和 binlog 位点

• GTID（Global Transaction Identifier） 是 MySQL 5.6 引入的一种全局事务标识符，用于标识每个事务的唯一性。

• binlog 位点 是 MySQL 的二进制日志（binlog）的偏移量，用于记录事务的执行位置。

• XtraBackup 会查询当前的 GTID 信息和 binlog 位点，以便在恢复时能够定位到正确的日志位置。

6. 停止复制 redo log

• 在备份完成后，XtraBackup 会停止复制 redo log，以确保备份的 redo log 是完整的。

7. 释放锁

• 在备份完成后，XtraBackup 会释放之前加的备份锁和对非事务表的锁定，以允许数据库继续正常运行。

8. 备份完成

• XtraBackup 会将备份的数据文件、redo log、binlog 位点等信息打包，生成一个完整的备份集。

四、XtraBackup的恢复原理

Prepare 阶段

1. 模拟崩溃恢复，将 redo log 回放到数据文件中

   • 在 Prepare 阶段，XtraBackup 会启动一个嵌入的 InnoDB 实例，模拟数据库的崩溃恢复过程。

   • 应用 redo log：将备份期间捕获的 redo log 应用到数据文件中，确保所有已提交的事务都被同步到数据文件。

   • 回滚未提交的事务：将未提交的事务回滚，使数据文件处于一致性状态。

2. 重建 redo log

   • 在 Prepare 阶段完成后，XtraBackup 会重建 redo log，确保在恢复后的数据文件中，redo log 是空的。

   • 这一步是为了确保 MySQL 在启动时不会再次应用备份期间的 redo log，从而避免数据不一致。

恢复阶段

1. 将数据文件复制或者移动到 MySQL 数据目录

   • 在 Prepare 阶段完成后，备份数据文件已经处于一致性状态，可以将其复制或移动到 MySQL 的数据目录中。

   • 使用 --copy-back 参数可以将备份数据文件复制到 MySQL 数据目录。

   • 确保 MySQL 服务对数据目录有正确的读写权限。

2. 还原完成

   • 数据文件成功复制到 MySQL 数据目录后，恢复过程基本完成。

3. 启动 MySQL

   • 启动 MySQL 服务，使用恢复后的数据文件。

   • 在启动过程中，MySQL 会检查数据文件的状态，并确保其一致性。