CN111651303A - 一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法技术领域 - Google Patents

一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法技术领域 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法，包括如下步骤：部署分布式集群的数据库：基于citus组件构建分布式集群，对分布式架构中组件citus的改造，增加新的接口处理，接口处理包括分布式备份集群协调服务和内置挂钩处理函数；在每个数据库***上部署基于linux内核的在线备份模块；利用分布式备份集群协调服务通过zookeeper完成节点服务的注册，用于为后续备份提供节点服务；根据节点服务，利用内置挂钩处理函数进行数据备份和备份数据库的快速拉起。本发明通过一种新的方式实现分布式数据库的高效备份和恢复，使得备份更加容易、第二存储的数据可以被快速恢复使用、可以形成新的分布式集群。

Description

一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法技术领域
本发明属于计算机领域，具体涉及一种分布式架构的数据库PostgreSQL的在线备份和恢复方法。
背景技术
计算机的普及和发展，信息化的推进，使得各行各业借助计算机得到了生产效率的大幅提升，其中对数据的存储起到支柱作用的便是数据库。数据库从上个世纪60年代便开始发展，其中以关系模型最为突出，其中最优秀的商业数据库代表oracle更是以其卓越的性能和安全性，稳居各大行业使用榜首。但随着自主、可控、国产化的大环境影响，其中以开源的关系型数据库PostgreSQL为代表的数据库得到更加快速的普及和使用。当下互联网的效应，使得互联网民数量的指数增加，海量数据的存储检索，仅仅单一的数据库早已无法胜任，分布式数据库应运而生，数据的重要性不言而喻，其中单一数据库的备份相对容易，但是如何应对分布式数据库的备份以及快速恢复拉起需要进一步的研究。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种分布式架构的数据库PostgreSQL的在线备份和恢复方法，其通过一种新的方式实现分布式数据库的高效备份和恢复，使得备份更加容易、第二存储的数据可以被快速恢复使用、可以形成新的分布式集群。
技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法，包括如下步骤：
S1：部署分布式集群的数据库：
基于citus组件构建分布式集群，对分布式架构中组件citus的改造，增加新的接口处理程序，接口处理程序包括分布式备份集群协调服务模块和内置挂钩处理函数模块；
S2：在每个数据库***上部署基于linux内核的在线备份模块；
S3：通过利用分布式备份集群协调服务向zookeeper完成服务的注册，用于为后续备份服务提供集群节点间的服务协调；
S4：根据分布式备份集群协调服务，利用内置挂钩处理函数进行数据备份和备份数据库的快速拉起。
进一步的，所述步骤S3中数据备份依次分为全量备份和增量备份。
进一步的，所述分布式数据库全量备份的流程为：
A1：管理平台发起备份任务，分布式备份集群协调服中的master节点注册任务，发起备份预热；
A2：分布式备份集群协调服中的slove节点接收任务，使能挂钩处理函数接口，强制sync指令执行，将缓存在内存中的数据写入磁盘，新的数据库IO操作将被放在事务过程写入缓存，提交任务完成指令；
A3：分布式备份集群协调服务中的master节点接收各slove节点任务执行结果的指令，发起确认备份指令，各slove节点调用内核模块快照命令，发起全量备份操作，执行完毕，将快照状态的卷设备转为增量模式。
进一步的，所述分布式数据库增量备份的流程为：
B1：管理平台发起增量备份任务，分布式备份集群协调服中的master节点注册任务，发起备份预热；
B2：分布式备份集群协调服务中的slove节点接收任务，使能挂钩处理函数接口，强制sync指令执行，将缓存在内存中的数据写入磁盘，新的数据库IO操作将被放在事务过程写入缓存，提交任务完成指令；
B3：分布式备份集群协调服务中的master节点接收各slove节点任务执行结果的指令，发起确认备份指令，各slove节点调用内核模块转快照命令，发起增量备份操作，执行完毕，将快照状态的卷设备转为增量模式。
进一步的，所述步骤S3中分布式备份数据库快速拉起的流程为：
C1：任务管理平台发起备份节点恢复指令；
C2：分布式备份集群协调服务中的各节点发起zookeeper注册，其中master节点负责发起分布式备库拉起指令；
C3：各个slove节点快速调用备库中的数据库启动指令，拉起分布式协调服务citus。
本发明基于citus分布式架构的方式，设计一种可高效分布式数据库的备份和拉起的方法。在citus进行表拆分的逻辑处，设置挂钩处理函数，该函数对写数据请求形成事务，暂缓内存，在有限时间内等待集群中master节点进行事务完成提交指令或者超时自动提交，以防止任务超时，数据丢失。引入事务缓存的概念，对数据写保护，保证集群节点的数据一致性。利用zookeeper组件，构建分布式备份架构，形成一次备份预热、一次确认备份的流程模式。提供全量分布式备份和增量备份的模式，减少IO备份拷贝，并轨备份去重技术的使用。提供备份集群的快速恢复和拉起功能，形成新的分布式集群。
有益效果：本发明与现有技术相比，具备如下优点：
1、备份中引入事务缓存的概念，保障生产的分布式数据库具有一致性，同时保障分布式数据库可以在不停机的正常运作下进行备份工作。
2、创新的提出备份预热和确认备份的处理过程，这样使得备份数据的一致性得到更有效的保障。
3、在增量备份数据中采用去重技术，从而大幅度提高备份的速度和性能。
4、不同于传统的单库备份方式，备份也是分布式集群的方式，备份的集群不再是孤立的一个个数据库，而是可以快速恢复拉起的新的分布式集群，从而具备整体集群化响应能力，可以提供生产应急响应、以及单个独立节点充当黄金副本直接使用或者部分节点加入集群使用，通过现行的技术手段让备份数据盘活，更具有实际价值。
5、通过分布式备份集群协调服务以及内置挂钩处理函数的巧妙设置，实现了分布式数据库的高效备份和恢复，使得备份更加容易、第二存储的数据可以被快速恢复使用、可以形成新的分布式集群。
附图说明
图1为分布式数据库全量备份流程示意图；
图2为分布式数据库增量备份流程示意图；
图3为分布式备份数据库快速恢复拉起流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明基于citus组件构建的分布式集群，通过内置挂钩处理函数，提供分布式备份任务预热过程中的数据库IO做写缓存的事务操作，确认备份过程，对数据库操作的卷设备进行快照。集群中备份任务将由master节点发起，经过备份预热、确认备份两个阶段，各分布式数据库节点中的分布式协调服务调用快照指令，完成数据的备份。当需要恢复备份数据库提供服务的时候，分布式协调服务程序拉起各个数据库，备份集群mater节点协调各slove节点的响应，从而形成新的数据库集群。对分布式架构中的组件citus进行改造，增加新的接口处理，其包含一个后台线程服务程序（称为分布式备份集群协调服务）和一个挂钩函数接口构成，后台线程服务之间形成新的分布式备份集群，通过zookeeper进行分布式协调，维护集群的设备状态，完成备份任务的协调处理工作。每个数据库***上需要部署基于linux内核的在线备份模块，该模块主要对数据库操作的卷设备进行快照、追踪块修改记录、备份数据合成的功能，配合备份任务的执行。
本发明中分布式集群的数据库部署完毕以及备份模块安装完毕后，分布式备份集群协调服通过zookeeper完成首次注册服务，通过选举产生集群的leader，后续的备份任务由该leader节点（即master节点）进行备份任务注册，对分布式数据库的从节点进行消息响应处理和备份任务的分发，以及处理分布式集群中从节点的消息应答。每次任务发起携带任务ID，任务ID从0开始累加，当任务发起失败，则使当前的任务ID归0。当且仅当任务ID为0的时候，可以进行全量备份任务的发起。
首次分布式数据库集群的全量备份的流程如下：管理平台发起备份任务，分布式备份集群协调服中的master节点获取任务请求，注册新的服务节点，并设置当前任务ID为0，然后对当前任务ID自增。各分布式备份集群协调服中的slove节点获取来自zookeeper的通知信息，当ID为0，发起备份预热任务；首先通过将回调函数执行的逻辑判断标记置为真，使挂钩函数可以执行；接着调用***sync命令，使缓存数据强制写入磁盘；此时挂钩函数会将新的数据库IO操作写入内存进行缓存处理，写入操作被事务保护，直到收到任务提交指令或者任务超时取消缓存；slove节点完成任务，向集群master节点提交完成任务指令；mater节点收到各个slove节点的应答后，发起确认备份任务，如果超过阀值（缺省5min无应答），则取消备份任务。当分布式备份集群协调服中的slove节点再次收到确认备份任务指令，分布式协调服务调用快照指令，对数据库的存储设备进行快照，应用层备份模块进行全量备份（备份主机等相关信息由管理端下发，各从节点通过zookeeper获取），备份完成调用内核中的备份模块的增量命令。
然后，增量过程分布式集群数据库的备份的流程如下：管理平台发起备份任务，分布式备份集群协调服中的master获取任务请求，注册新的服务节点，并设置当前任务ID，然后对当前任务ID自增。各分布式备份集群协调服中的slove节点获取来自zookeeper的通知，当ID大于0，发起备份预热任务；首先通过将回调函数执行的逻辑判断标记置为真，使挂钩函数可以执行；接着调用***sync命令，使缓存数据强制写入磁盘；此时挂钩函数会将新的数据库IO操作写入内存进行缓存处理，写入操作被事务保护，直到收到任务提交指令或者任务超时取消缓存；完成任务，向集群master提交完成任务指令；mater节点收到各个slove节点的应答后，发起确认备份任务，如果超过阀值（缺省5min无应答），则取消备份任务。当分布式备份集群协调服中的slove节点再次收到确认备份任务指令，分布式协调服务调用快照指令，对数据库的存储设备进行新的快照，应用层备份模块进行增量备份，将起始时间点为上一次备份快照、结束时间点为当前备份快照之间修改的块数据备份到备份主机上（备份主机等相关信息由管理端下发，各从节点通过zookeeper获取）。
快速恢复拉起备份集群的流程如下： 管理端发起备份集群的恢复挂载任务，各备份主机调用数据库启动命令，快速拉起恢复备份的数据库，同时集群的citus服务也被拉起运行，从而恢复分布式备份集群协调服务。
结合上述过程，本发明提供一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法，包括如下步骤：
S1：部署分布式集群的数据库：
基于citus组件构建的分布式集群，对分布式架构中组件citus的改造，增加新的接口处理程序，接口处理程序包括分布式备份集群协调服务模块和内置挂钩处理函数模块；
S2：在每个数据库***上部署基于linux内核的在线备份模块，主要完成设备卷的快照、块修改记录、数据合成的功能，配合备份的完成；
S3：通过利用分布式备份集群协调服务向zookeeper完成服务的注册，用于为后续备份服务提供集群节点间的服务协调；
S4：根据节点服务，利用内置挂钩处理函数进行分布式数据库集群的全量备份、增量备份以及备份集群数据库的快速恢复拉起。
如图1所示，当节点服务中，ID=0时，进行分布式数据库全量备份，其具体流程为：
A1：管理平台发起备份任务，分布式备份集群协调服中的master节点注册任务，发起备份预热；
A2：分布式备份集群协调服中的slove节点接收任务，使能挂钩处理函数接口，强制sync指令执行，将缓存在内存中的数据写入磁盘，新的数据库IO操作将被放在事务过程写入缓存，提交任务完成指令；
A3：分布式备份集群协调服务中的master节点接收各slove节点任务执行结果的指令，发起确认备份指令，各slove节点调用内核模块快照命令，发起全量备份操作，执行完毕，将快照状态的卷设备转为增量模式。
如图2所示，当节点服务中，ID>0时，进行分布式数据库增量备份，其具体流程为：
B1：管理平台发起增量备份任务，分布式备份集群协调服中的master节点注册任务，发起备份预热；
B2：分布式备份集群协调服务中的slove节点接收任务，使能挂钩处理函数接口，强制sync指令执行，将缓存在内存中的数据写入磁盘，新的数据库IO操作将被放在事务过程写入缓存，提交任务完成指令；
B3：分布式备份集群协调服务中的master节点接收各slove节点任务执行结果的指令，发起确认备份指令，各slove节点调用内核模块转快照命令，发起增量备份操作，执行完毕，将快照状态的卷设备转为增量模式。
如图3所示，步骤S3中分布式备份数据库快速拉起的流程为：
C1：任务管理平台发起备份节点恢复指令；
C2：分布式备份集群协调服务中的各节点发起zookeeper注册，其中master节点负责发起分布式备库拉起指令；
C3：各个slove节点快速调用备库中的数据库启动指令，拉起分布式协调服务citus。

Claims (5)

1.一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：部署分布式集群的数据库：
基于citus组件构建分布式集群，对分布式架构中组件citus的改造，增加新的接口处理程序，接口处理程序包括分布式备份集群协调服务模块和内置挂钩处理函数模块；
S2：在每个数据库***上部署基于linux内核的在线备份模块；
S3：通过利用分布式备份集群协调服务向zookeeper完成服务的注册，用于为后续备份服务提供集群节点间的服务协调；
S4：根据分布式备份集群协调服务，利用内置挂钩处理函数进行数据备份和备份数据库的快速拉起。
2.根据权利要求1所述的一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法，其特征在于，所述步骤S3中数据备份依次分为全量备份和增量备份。
3.根据权利要求2所述的一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法，其特征在于，所述分布式数据库全量备份的流程为：
A1：管理平台发起备份任务，分布式备份集群协调服中的master节点注册任务，发起备份预热；
A2：分布式备份集群协调服中的slove节点接收任务，使能挂钩处理函数接口，强制sync指令执行，将缓存在内存中的数据写入磁盘，新的数据库IO操作将被放在事务过程写入缓存，提交任务完成指令；
A3：分布式备份集群协调服务中的master节点接收各slove节点任务执行结果的指令，发起确认备份指令，各slove节点调用内核模块快照命令，发起全量备份操作，执行完毕，将快照状态的卷设备转为增量模式。
4.根据权利要求3所述的一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法，其特征在于，所述分布式数据库增量备份的流程为：
B1：管理平台发起增量备份任务，分布式备份集群协调服中的master节点注册任务，发起备份预热；
B2：分布式备份集群协调服务中的slove节点接收任务，使能挂钩处理函数接口，强制sync指令执行，将缓存在内存中的数据写入磁盘，新的数据库IO操作将被放在事务过程写入缓存，提交任务完成指令；
B3：分布式备份集群协调服务中的master节点接收各slove节点任务执行结果的指令，发起确认备份指令，各slove节点调用内核模块转快照命令，发起增量备份操作，执行完毕，将快照状态的卷设备转为增量模式。
5.根据权利要求1所述的一种分布式架构的数据库在线备份和恢复方法，其特征在于，所述步骤S3中分布式备份数据库快速拉起的流程为：
C1：任务管理平台发起备份节点恢复指令；
C2：分布式备份集群协调服务中的各节点发起zookeeper注册，其中master节点负责发起分布式备库拉起指令；
C3：各个slove节点快速调用备库中的数据库启动指令，拉起分布式协调服务citus。
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