使用 PostgreSQL 时间点恢复（Point-In-Time Recovery）的多种数据恢复技术

引言

本文面向那些已经具备一定数据库经验、但希望进一步学习 PostgreSQL 基础知识的初学者。假设已在 Ubuntu 环境中正确安装 PostgreSQL，本文的全部操作基于 PostgreSQL 16（开发版本）与 Ubuntu 22.10 系统完成。文章将介绍三种常用的数据恢复方法：

1. 恢复至最新状态。
2. 基于日志序列号（LSN, Log Sequence Number）的恢复。
3. 基于时间戳的恢复。

时间点恢复（Point-In-Time Recovery，简称 PITR）是一种通过重放预写日志（Write Ahead Logging，WAL）文件，将数据库恢复至指定时间点状态的技术手段。

为说明该过程，可构建两个数据库副本，在其中一个数据库中插入数据，并将生成的 WAL 文件进行归档，随后令另一数据库重放该日志文件，以实现状态同步。

此过程类似于数据库因故障导致部分数据丢失的情形，可依靠 WAL 文件将系统恢复至故障前状态。重放 WAL 文件相当于自上一次检查点起，按顺序重新执行全部数据库操作，直至指定时间点，从而实现数据库的精确恢复。

开始使用

首先，创建一个新的数据库，并建立用于存放归档文件的文件夹。

$ initdb -D data/
$ mkdir archive/

随后，编辑该数据库的 postgresql.conf 配置文件。

port = 5432
wal_level = replica
archive_mode = on
archive_command = 'cp %p $HOME/pg/archive/%f'
archive_timeout = 60

接着，复制整个数据库集群（由于此时尚未创建任何表或数据，实际上并无可备份的内容）。

$ cp -rp data/* data.backup/

启动主数据库。

$ pg_ctl -D data/ -l data.log start
$ createuser -s postgres

在数据库中插入测试数据。

$ psql -U postgres -c "create database test"
CREATE DATABASE
$ psql -U postgres -d test -c "create table t1 (id int, val text)"
CREATE TABLE
$ psql -U postgres -d test -c "insert into t1 values (1, 'hello')"
INSERT 0 1
$ psql -U postgres -d test -c "insert into t1 values (2, 'world')"
INSERT 0 1
$ psql -U postgres -d test -c "insert into t1 values (3, 'foo')"
INSERT 0 1
$ psql -U postgres -d test -c "insert into t1 values (4, 'bar')"
INSERT 0 1

检查归档目录，确认归档命令执行是否正常。若未生成归档文件，可手动触发数据库生成未完成的 WAL 文件。但需注意，未完成的 WAL 文件与已完成文件大小一致，频繁执行可能导致数据库体积快速膨胀。

$ psql -U postgres -c "select pg_switch_wal()"
 pg_switch_wal
---------------
 0/187BBC8
(1 row)

$ ls -l archive/
total 16384
-rw------- 1 tristen tristen 16777216 Apr 1 09:49 000000010000000000000001

停止主服务器。

$ pg_ctl -D data stop

编辑副本数据库的 postgresql.conf 文件，将 recovery_target_timeline 参数设置为 “latest”，以便让该副本重放 WAL 文件到最新的状态。

port = 5433
archive_mode = off
restore_command = 'cp $HOME/pg/archive/%f %p'
recovery_target_timeline = 'latest'

创建 recovery.signal 文件，用于指示数据库以恢复模式启动。

$ touch data.backup/recovery.signal

启动副本服务器，此时系统将进入恢复模式并开始重放 WAL 文件。

$ pg_ctl -D data.backup -l data.backup.log start
$ tail data.backup.log
2023-04-14 09:50:16.459 PDT [21530] LOG:  redo done at 0/2000060 system usage: CPU: user: 0.00 s, system: 0.01 s, elapsed: 0.03 s
2023-04-14 09:50:16.459 PDT [21530] LOG:  last completed transaction was at log time 2023-04-14 09:49:13.53674-07
2023-04-14 09:50:16.468 PDT [21530] LOG:  restored log file "000000010000000000000002" from archive
cp: cannot stat '/home/tristen/pg/archive/00000002.history': No such file or directory
2023-04-14 09:50:16.479 PDT [21530] LOG:  selected new timeline ID: 2
cp: cannot stat '/home/tristen/pg/archive/00000001.history': No such file or directory
2023-04-14 09:50:16.496 PDT [21530] LOG:  archive recovery complete
2023-04-14 09:50:16.497 PDT [21528] LOG:  checkpoint starting: end-of-recovery immediate wait
2023-04-14 09:50:16.513 PDT [21528] LOG:  checkpoint complete: wrote 905 buffers (5.5%); 0 WAL file(s) added, 0 removed, 2 recycled; write=0.006 s, sync=0.007 s, total=0.018 s; sync files=259, longest=0.001 s, average=0.001 s; distance=28136 kB, estimate=28136 kB; lsn=0/3000028, redo lsn=0/3000028
2023-04-14 09:50:16.515 PDT [21525] LOG:  database system is ready to accept connections

最后，检查副本数据库中的数据。

$ psql -U postgres -d test -c "select * from t1" -p 5433
 id |  val
----+-------
  1 | hello
  2 | world
  3 | foo
  4 | bar
(4 rows)

结果显示，备份已成功重放 WAL 文件，并恢复至最新的变更状态。

使用 LSN 进行时间点恢复

按照前述步骤执行操作，但在关闭主服务器之前暂停。

随后，执行命令以获取主数据库当前 WAL 文件的日志序列号（LSN, Log Sequence Number）。

$ psql -U postgres -d test -c "select pg_current_wal_insert_lsn()"
 pg_current_wal_insert_lsn
---------------------------
 0/2000060
(1 row)

将获取的 LSN 值配置到副本数据库的 postgresql.conf 文件中。

port = 5433
archive_mode = off
restore_command = 'cp $HOME/pg/archive/%f %p'
recovery_target_lsn = '0/2000060'

完成设置后，关闭主数据库，并按照前述方式执行恢复操作。

$ pg_ctl -D data stop
$ touch data.backup/recovery.signal
$ pg_ctl -D data.backup -l data.backup.log start
$ psql -U postgres -d test -c "select * from t1" -p 5433
 id |  val
----+-------
  1 | hello
  2 | world
  3 | foo
  4 | bar
(4 rows)

使用时间戳进行时间点恢复

基于时间戳的恢复方式相对复杂，因为需要明确指定数据库应恢复到的具体时间点。

在操作过程中，可参照默认示例的步骤执行，直至插入数据的阶段。

$ psql -U postgres -c "create database test"
CREATE DATABASE
$ psql -U postgres -d test -c "create table t1 (id int, val text)"
CREATE TABLE
$ psql -U postgres -d test -c "insert into t1 values (1, 'hello')"
INSERT 0 1
$ psql -U postgres -d test -c "insert into t1 values (2, 'world')"
INSERT 0 1
$ sleep 60
$ psql -U postgres -c "select now()"
              now
-------------------------------
 2023-04-14 12:54:23.160389-07
(1 row)

$ psql -U postgres -d test -c "insert into t1 values (3, 'foo')"
INSERT 0 1
$ psql -U postgres -d test -c "insert into t1 values (4, 'bar')"
INSERT 0 1
$ sleep 60
$ psql -U postgres -c "select now()"
              now
-------------------------------
 2023-04-14 12:55:23.184277-07
(1 row)

在插入数据时，可通过加入 sleep 延时命令来方便管理时间戳。同时，使用 select now() 命令获取数据库当前的时间戳。与前述步骤相同，需生成剩余的 WAL 文件，并创建用于恢复的 recovery.signal 文件。

$ psql -U postgres -c "select pg_switch_wal()"
$ pg_ctl -D data stop
$ touch data.backup/recovery.signal

在本次操作中，应在副本数据库的 postgresql.conf 文件中添加以下配置：

port = 5433
archive_mode = off
restore_command = 'cp $HOME/pg/archive/%f %p'
recovery_target_time = '2023-04-14 12:54:23'

其中，recovery_target_time 参数对应于在插入前两条数据后、插入后两条数据之前获取的时间戳。随后，启动副本服务器并查看数据内容：

$ pg_ctl -D data.backup -l data.backup.log start
$ psql -U postgres -d test -c "select * from t1" -p 5433
 id |  val
----+-------
  1 | hello
  2 | world
(2 rows)

此时，数据库中仅包含前两条数据，符合预期。接着，可将恢复时间设置为比前一次时间戳晚 1 秒，并按以下方式修改 recovery_target_time 参数：

recovery_target_time = '2023-04-14 12:54:24'

由于系统在成功完成恢复后会自动删除 recovery.signal 文件，因此需重新创建该文件：

$ touch data.backup/recovery.signal

最后，重新启动副本服务器，并按前述步骤查询表中数据：

pg_ctl -D data.backup -l data.backup.log restart
psql -U postgres -d test -c "select * from t1" -p 5433
 id |  val
----+-------
  1 | hello
  2 | world
  3 | foo
  4 | bar
(4 rows)

根据向服务器执行插入命令的速度不同，可能需要调整recovery_target_time 参数以获得理想的恢复结果。若恢复时间设置过晚，可能在日志文件中出现如下错误信息：

FATAL: recovery ended before configured recovery target was reached

该错误表明指定的恢复时间超出了可恢复范围，即时间点设置过于靠后。应将恢复时间适当提前数秒后，再次启动服务器进行恢复。

结论

至此，本文完整演示了多种数据库时间点恢复方法的实现过程。我们依次介绍了三种典型方式：基于最新时间线的恢复、基于特定 LSN（日志序列号）的恢复，以及基于指定时间戳的恢复。

不同方法适用于不同场景。熟练掌握这些恢复技术，不仅有助于提升数据库运维与管理的效率，也能在突发数据问题时，确保系统具备更高的可控性与数据安全性。