引言

本文面向那些已經具備一定數據庫經驗、但希望進一步學習 PostgreSQL 基礎知識的初學者。假設已在 Ubuntu 環境中正確安裝 PostgreSQL，本文的全部操作基于 PostgreSQL 16（開發版本）與 Ubuntu 22.10 系統完成。文章將介紹三種常用的數據恢復方法：

1. 恢復至最新狀態。
2. 基于日志序列號（LSN, Log Sequence Number）的恢復。
3. 基于時間戳的恢復。

時間點恢復（Point-In-Time Recovery，簡稱 PITR）是一種通過重放預寫日志（Write Ahead Logging，WAL）文件，將數據庫恢復至指定時間點狀態的技術手段。

為說明該過程，可構建兩個數據庫副本，在其中一個數據庫中插入數據，并將生成的 WAL 文件進行歸檔，隨后令另一數據庫重放該日志文件，以實現狀態同步。

此過程類似于數據庫因故障導致部分數據丟失的情形，可依靠 WAL 文件將系統恢復至故障前狀態。重放 WAL 文件相當于自上一次檢查點起，按順序重新執行全部數據庫操作，直至指定時間點，從而實現數據庫的精確恢復。

開始使用

首先，創建一個新的數據庫，并建立用于存放歸檔文件的文件夾。

$ initdb -D data/
$ mkdir archive/

隨后，編輯該數據庫的 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

接著，復制整個數據庫集群（由于此時尚未創建任何表或數據，實際上并無可備份的內容）。

$ cp -rp data/* data.backup/

啟動主數據庫。

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

在數據庫中插入測試數據。

$ 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

檢查歸檔目錄，確認歸檔命令執行是否正常。若未生成歸檔文件，可手動觸發數據庫生成未完成的 WAL 文件。但需注意，未完成的 WAL 文件與已完成文件大小一致，頻繁執行可能導致數據庫體積快速膨脹。

$ 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

停止主服務器。

$ pg_ctl -D data stop

編輯副本數據庫的 postgresql.conf 文件，將 recovery_target_timeline 參數設置為 "latest"，以便讓該副本重放 WAL 文件到最新的狀態。

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

創建 recovery.signal 文件，用于指示數據庫以恢復模式啟動。

$ touch data.backup/recovery.signal

啟動副本服務器，此時系統將進入恢復模式并開始重放 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，檢查副本數據庫中的數據。

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

結果顯示，備份已成功重放 WAL 文件，并恢復至最新的變更狀態。

使用 LSN 進行時間點恢復

按照前述步驟執行操作，但在關閉主服務器之前暫停。

隨后，執行命令以獲取主數據庫當前 WAL 文件的日志序列號（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)

將獲取的 LSN 值配置到副本數據庫的 postgresql.conf 文件中。

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

完成設置后，關閉主數據庫，并按照前述方式執行恢復操作。

$ 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)

使用時間戳進行時間點恢復

基于時間戳的恢復方式相對復雜，因為需要明確指定數據庫應恢復到的具體時間點。

在操作過程中，可參照默認示例的步驟執行，直至插入數據的階段。

$ 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)

在插入數據時，可通過加入 sleep 延時命令來方便管理時間戳。同時，使用 select now() 命令獲取數據庫當前的時間戳。與前述步驟相同，需生成剩余的 WAL 文件，并創建用于恢復的 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，應在副本數據庫的 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 參數對應于在插入前兩條數據后、插入后兩條數據之前獲取的時間戳。隨后，啟動副本服務器并查看數據內容：

$ 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)

此時，數據庫中僅包含前兩條數據，符合預期。接著，可將恢復時間設置為比前一次時間戳晚 1 秒，并按以下方式修改 recovery_target_time 參數：

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

由于系統在成功完成恢復后會自動刪除 recovery.signal 文件，因此需重新創建該文件：

$ touch data.backup/recovery.signal

最后，重新啟動副本服務器，并按前述步驟查詢表中數據：

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)

根據向服務器執行插入命令的速度不同，可能需要調整recovery_target_time 參數以獲得理想的恢復結果。若恢復時間設置過晚，可能在日志文件中出現如下錯誤信息：

FATAL: recovery ended before configured recovery target was reached

該錯誤表明指定的恢復時間超出了可恢復范圍，即時間點設置過于靠后。應將恢復時間適當提前數秒后，再次啟動服務器進行恢復。

結論

至此，本文完整演示了多種數據庫時間點恢復方法的實現過程。我們依次介紹了三種典型方式：基于最新時間線的恢復、基于特定 LSN（日志序列號）的恢復，以及基于指定時間戳的恢復。

不同方法適用于不同場景。熟練掌握這些恢復技術，不僅有助于提升數據庫運維與管理的效率，也能在突發數據問題時，確保系統具備更高的可控性與數據安全性。