Usando PITR - Point in Time Recovery

PITR - Point in Time Recovery es un tipo de backup avanzado utilizado en sistemas PostgreSQL que trabajan con datos importantes los cuales no pueden perderse en caso de fallo.

Este artículo es un poco avanzado, largo y no muy interesante para pequeños sistemas sin grandes requerimientos de seguridad en lo concerniente a la perdida de datos por problemas de hardware. Necesitais conocimientos de administración de sistemas Linux/Unix y como trabajar con LVM (Linux Volume Manager) para administrar vuestros discos y particiones.

La teoria es fácil de entender, pero la práctica y la administración de este tipo de copias de seguridad es complicado y engorroso si queremos estar seguros de la calidad y utilidad de las mismas. PostgreSQL nos proporciona la infraestructura necesaria para poder realizar backups del tipo PITR, pero somos nosotros los que debemos de crear todo lo necesario para ponerla en uso.

Introducción

PITR no es otra cosa que el almacenamiento y copia continua de todas las transacciones producidas por PostgreSQL desde el ultimo backup realizado a nivel de sistema de fichero. Esta copias de seguridad se podran usar en caso de un fallo grave de hardware con perdida de la zona de datos, ó de necesidad de restaurar nuestra base de datos en un determinado momento del pasado.

PITR funciona de la siguiente manera cuando está activado:

PostgreSQL almacena todos los ficheros WAL (Write Ahead Log - información sobre las transacciones realizadas) generados por el sistema. Este almacenamiento es continuo y no parará una vez activado
Cada cierto tiempo debemos de realizar la denominada copia de seguridad base. Esta copia de seguridad se realiza a nivel del sistema de ficheros, sin apagar PostgreSQL y sin procuparnos de lo inconsistente que sea por ello.
Una vez terminada la copia de seguridad base habrá que borrar todos ficheros WAL antiguos que no se necesiten.
En caso de catástrofe, podremos utilizar nuestra copia de seguridad inconsistente, copia de seguridad base, más todos los ficheros WAL archivados desde el termino de esta copia hasta el momento del fallo, para restaurar nuestra base de datos a un estado consistente y sin perdida de datos.
De la misma manera se puede devolver a la base de datos al estado en que se encontraba en un determinado momento, de ahi que se llame "recuperacion a un punto del tiempo"

Implementando PITR en nuestro sistema

A continuación vamos a ver como se puede administrar todo esto, las reglas a seguir y lo que necesitamos hacer para poder empezar a utilizar PITR en nuestro sistema:

Todos los datos se basan en la versión 8.3.x de PostgreSQL
Las particiones de datos/WAL y las de backup tienen que encontrarse en discos diferentes. Esto es importantisimo. Los sistemas donde se utiliza PITR, suelen estar conectados a cabinetes externos de discos totalmente independientes unos de otros, con redundancia de componentes a diferentes niveles y RAID. El mínimo absoluto que se necesita para garantizar los datos si utilizais un servidor con discos internos es que los datos/WALs y los backups esten en dos discos independientes.
Vamos a utilizar la funcionalidad LVM-snapshot proveida por Linux Volume Manager para crear las copia de seguridad base y minimizar la inconsistencia de esta copia. Esto suele ayudar bastante en sistemas con bases de datos grandes y actualizadas constantemente.
El grupo de volúmenes (VG) utilizado para albergar el volumen lógico (LV) utilizado para la partición de datos, debe de tener espacio libre suficiente para poder realizar un LVM-snapshot del LV de datos. Cuanto espacio extra libre se necesitará, dependerá de lo mucho que cambien vuestros datos en el LV mientras que el LVM-snapshot esta activo. Con un 25% de espacio libre en el VG deberiais de tener más que suficiente. El informe mandado al final por pitr_basebackup.sh incluye información sobre cuanto espacio se ha utilizado, el atributo con esta informacion es Allocated to snapshot
archive_wal.sh se va a utilizar por PostgreSQL para archivar continuamente todos los ficheros WAL generados.
archive_last_wal.sh se va a ejecutar via cron para archivar el último fichero WAL en uso residente en el directorio pg_xlog y que todavia no se ha archivado por PostgreSQL
pitr_basebackup.sh se va a ejecutar via cron para crear una copia de seguridad de la partición de datos a nivel de sistema de ficheros, y para borrar todos los ficheros WAL archivados que ya no se necesitan

Un sistema de almacenamiento ideal para nuestro sistema podria tener esta configuración:

Dependiendo de la complejidad y redundancia de nuestro sistema este esquema puede variar. El más simple de todos solo tendria dos discos, uno para datos/WAL y otro para backup/logs, no tendria RAID y solamente un VG con un LV para la particion de datos y espacio libre para el snapshot.

Scripts de administración de PITR

Para administrar PITR vamos a utilizar 3 scripts en BASH, pitr_basebackup.sh, archive_wal.sh y archive_last_wal.sh. Los podeis grabar en un directoria que este definido en vuestro PATH, por ejemplo /usr/local/bin

Estos 3 scripts han estado en uso en la Universidad de Oslo durante varios años realizando sus trabajo sin problemas. Para que os hagais una idea, durante el último año ejecutamos pitr_basebackup.sh aproximádamente unas 3.650 veces, archive_last_wal.sh unas 5.256.000 y archive_wal.sh unas 500.000 veces. Muchas de las comprobaciones que hacen son para asegurarse que todo funciona sin problemas y para mandar informes despues de haber descubierto problemas y fallos durante situaciones no planeadas (discos llenos, etc).

Al final de este artículo teneis los tres scripts a modo de ejemplos para que veais como están implementados. Si quereis utilizarlos vais a tener que modificar algunas de las variables para adaptarlos a vuestro sistema. Las versiones de estos scripts que nosotros tenemos en uso som más completas ya que están integradas en nuestro sistema de administración y entre otras cosas graban el estatus de las ejecuciones en una base de datos interna.

A continuación teneis una descripción de las tareas que estos scripts realizan:

archive_wal.sh

Comprobar que la partición para archivar ficheros WAL existe
Comprobar que la partición donde se generan ficheros WAL existe
Comprobar que el fichero WAL que se intenta archivar no está ya archivado
Archivar el fichero WAL definido en la partición para archivar ficheros WAL

archive_last_wal.sh

Borrar los archivos WAL obsoletos grabados en la partición para archivar el último fichero WAL en uso, residente en el directorio pg_xlog
Archivar el último fichero WAL en uso residente en el directorio pg_xlog y que todavia no se ha archivado

pitr_basebackup.sh

Comprobar que la partición para archivar el fichero con copia de seguridad base existe
Estimar el espacio necesario para crear copia de seguridad base y parar el script para evitar problemas si estimamos que la partición se va a llenar durante le ejecución de este script.
Comprobar que no se esta generando una copia de seguridad base
Registrar el comienzo de la copia de seguridad base con pg_start_backup()
Crear un LVM-snapshot de la partición de datos
Montar el volumen que contien el LVM-snapshot
Crear un fichero tar de todo el contenido en el volumen LVM-snapshot
Desmontar el volumen que contien el LVM-snapshot
Destruir el contenido del LVM-snapshot
Registrar el final de la copia de seguridad base con pg_stop_backup()
Archivar el último fichero WAL en uso residente en el directorio pg_xlog y que todavia no se ha archivado
Borrar los archivos WAL obsoletos
Borrar los ficheros con copia de seguridad base obsoletos
Generar informe de la ejecución

Usando los scripts de administración de PITR

archive_last_wal.sh se ejecutará cada minuto por el usuario 'postgres' desde cron. Para ello teneis que actualizar el fichero cron del usuario postgres con esta linea:

*  *  *  *  *   /usr/local/bin/archive_last_wal.sh -S hostname

archive_wal.sh se ejecutará automaticamente por postgreSQL cuando lo necesite. Para que esto ocurra tendreis que activar PITR en el fichero postgresql.conf definiendo estas dos lineas:

archive_mode = on           
archive_command = '/usr/local/bin/archive_wal.sh -P %p -F %f -S hostname'

pitr_basebackup.sh se tiene que ejecutar tambien por el usuario 'postgres' desde cron. Dependiendo de lo grande que sea vuestra instalación PostgreSQL y lo mucho que los datos cambien en la misma, tendreis que ejecutar este script más ó menos a menudo. Si dejais pasar mucho tiempo entre cada ejecución y teneis una instalación que genere muchos ficheros WAL, tardareis mucho en restaurar el sistema si teneis que hacer esto alguna vez.

Yo suelo ejecutarlo una vez al dia por la noche. Podeis por ejemplo actualizar el fichero cron del usuario postgres con esta linea:

01  03  *  *  *  /usr/local/bin/pitr_basebackup.sh -S hostname -c t

Como veis, todos estos scripts se ejecutan por el usuario postgres. Por ello tendreis que actualizar el fichero /etc/sudoers con la siguiente linea:

postgres  ALL = NOPASSWD: /usr/sbin/lvcreate, /usr/sbin/lvremove, 
/usr/sbin/lvdisplay, /usr/sbin/vgdisplay, /bin/mount, /bin/umount

El usuario postgres tiene que poder conectarse al cluster PostgreSQL via sockets y sin clave. Más información sobre como configurar la cuanta de administrador postgres, se puede encontrar en el artículo Asegurando la cuenta de administrador "postgres".

Restaurar datos

Si tuvieramos que restaurar los datos de nuestro cluster PostgreSQL a partir de las copias de seguridad realizadas por estos scripts tendriamos que realizar las siguientes operaciones:

Si existe algún fichero en $PG_DATA_PARTITION, borrarlo.
Si existe algún fichero en $PG_ARCH_PARTITION, borrarlo.
Descomprimir en $PG_DATA_PARTITION la copia de seguridad base (fichero tar) grabado en $PG_BACKUP_PITR_DATA
Asegurarse que $PG_DATA_PARTITION y $PG_ARCH_PARTITION y sus contenidos tienen al usuario postgres como dueño
Copiar a $PG_BACKUP_PITR_WAL el fichero WAL grabado en $PG_BACKUP_PITR_LAST
Cambiar el nombre del directorio $PG_BACKUP_PITR_WAL a ${PG_BACKUP_PITR_WAL]_restore
Crear un directorio con el nombre $PG_BACKUP_PITR_WAL
Asegurarse que todos los ficheros WAL en ${PG_BACKUP_PITR_WAL]_restore tienen permisos de escritura para el usuario postgres
Borrar los ficheros postmaster.pid y postmaster.opts en $PG_DATA_PARTITION
Crear en $PG_DATA_PARTITION un fichero llamado recovery.conf con esta linea:
```
restore_command = 'cp ${PG_BACKUP_PITR_WAL]_restore/%f %p'
```
Cambiar archive_mode a 'off' y listen_addresses a '' en el archivo postgresql.conf
Arrancar PostgreSQL
Esperar a que termine el proceso de restauración. Podeis comprobar cuando ha terminado cuando estas dos lineas aparezcan en el fichero log de PostgreSQL:
```
LOG: archive recovery complete
LOG: database system is ready
```
Cambiar archive_mode a 'on' y listen_addresses a su valor original
Apagar y arrancar PostgreSQL

Los valores de las variables en esta lista están definidas en pitr_globalconf.sh.

Actualización 10.2011

Versiones actualizadas de los scripts se encuentran disponibles en GITHUB

A partir de la versión 9.0 hay que definir un parametro más (wal_level) en el fichero postgresql.conf

wal_level = archive
archive_mode = on           
archive_command = '/usr/local/bin/archive_wal.sh -P %p -F %f -S hostname'

Un nuevo script pitr_globalconf.sh contiene todas las funciones y variables globales usadas en el resto de scripts. De esta manera solo hay que modificar este fichero.

Scripts

En GITHUB teneis los tres scripts de los que hablamos en este artículo liberados bajo la licencia GPLv3. Los podeis encontrar en:

https://github.com/rafaelma/pitr_scripts

Tendreis que actualizar las variables definidas en pitr_globalconf.sh para adaptarlas a vuestros sistemas. Es importante que tengais la configuración LVM de vuestro sistema correctamente configurada para que estos scripts funcionen. Mas información en el fichero README que encontrareis en GITHUB.

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