【4】MySQL数据库-备份

说明

首先对 MySQL 数据库常见的术语进行简要概述、并介绍一些常用的备份工具。

物理备份：这是一种备份数据库文件的方式，通常涉及复制数据库文件到另一个存储位置。它不依赖于数据库的逻辑结构，因此可以用于不同的数据库版本或平台。
逻辑备份：与物理备份不同，逻辑备份涉及导出数据库中的数据和对象结构，通常以SQL语句的形式。这使得备份可以跨不同的数据库系统迁移。
在线备份（又称为热备份）：在数据库正常运行时进行的备份，不会影响数据库的正常使用。这对于24/7运行的业务至关重要。
离线备份（又称为冷备份）：在数据库关闭或处于维护模式时进行的备份。这通常用于确保备份的完整性，但会暂停数据库服务。
增量备份：只备份自上次备份以来发生变化的数据，这可以节省时间和存储空间。
全量备份：备份数据库中的所有数据，无论是否有变化。
差异备份：备份自上次全量备份以来发生变化的数据。
热备份（又称为在线备份）：在数据库正常运行且数据处于一致状态时进行的备份。
冷备份（又称为离线备份）：在数据库关闭时进行的备份。

物理备份 | 逻辑备份

物理备份 (Physical Backup)

物理备份是对数据库文件的直接复制。这些文件包括数据文件、日志文件、配置文件等。物理备份通常用于快速恢复和迁移数据库，因为它们直接复制了数据库文件系统的状态。

优点：

速度快：直接复制文件，不需要将数据转换成其他格式。
恢复迅速：恢复时只需将备份文件复制回原来的位置。
一致性好：在正确配置的情况下，可以获得一致的快照。

缺点：

平台依赖：物理备份通常依赖于操作系统和文件系统。
灵活性差：无法轻易地选择性恢复某些表或记录。

示例：
使用 XtraBackup 工具进行物理备份和恢复。

安装 XtraBackup：

sudo apt-get install percona-xtrabackup-80

进行备份：

xtrabackup --backup --target-dir=/path/to/backup/dir --user=root --password=root_password

准备备份：

xtrabackup --prepare --target-dir=/path/to/backup/dir

恢复备份：

xtrabackup --copy-back --target-dir=/path/to/backup/dir
sudo chown -R mysql:mysql /var/lib/mysql
sudo systemctl start mysql

逻辑备份 (Logical Backup)

逻辑备份是将数据库中的数据以逻辑结构的方式导出，比如导出成 SQL 语句。常用的工具有 mysqldump 和 mysqlpump。

优点：

跨平台性好：逻辑备份生成的 SQL 文件可以在不同的 MySQL 版本和平台上恢复。
灵活性高：可以选择性地备份和恢复某些数据库、表或记录。

缺点：

速度慢：导出和导入过程相对较慢，尤其是数据量大的情况下。
性能影响：在备份过程中可能会影响数据库性能。

示例：
使用 mysqldump 工具进行逻辑备份和恢复。

进行备份：

mysqldump -u root -p database_name > /path/to/backup/database_name.sql

恢复备份：

mysql -u root -p database_name < /path/to/backup/database_name.sql

具体场景的应用

物理备份：适用于大型数据库，要求快速备份和恢复的场景，例如金融系统和电商平台。
逻辑备份：适用于小型数据库、开发测试环境或需要部分数据恢复的场景，例如应用开发和数据迁移。

总结

物理备份：直接复制数据库文件，速度快，恢复迅速，但平台依赖性强，灵活性差。
逻辑备份：以 SQL 语句形式导出数据，跨平台性好，灵活性高，但速度慢，可能影响数据库性能。

选择哪种备份方式取决于具体的应用场景和需求。大型生产环境通常会结合使用两种备份方式，以确保数据安全和高效恢复。

全量备份 | 增量备份

在 MySQL 中，根据备份的数据量和内容，备份可以分为全量备份（Full Backup）和增量备份（Incremental Backup）。以下是对这两种备份方式的详细说明及示例：

全量备份 (Full Backup)

全量备份是对整个数据库的所有数据进行完整备份。每次执行全量备份时，都会备份数据库中所有的数据和结构。

优点：

恢复简单：恢复时只需要使用最新的全量备份即可恢复所有数据。
一致性高：每次备份都是数据库的完整快照。

缺点：

占用空间大：每次备份都需要大量存储空间。
时间长：备份和恢复过程可能需要较长时间，特别是对于大规模数据库。

示例：
使用 mysqldump 进行全量备份：

全量备份：

mysqldump -u root -p --all-databases > /path/to/backup/all_databases.sql

使用 XtraBackup 进行全量物理备份：

全量物理备份：

xtrabackup --backup --target-dir=/path/to/backup/full --user=root --password=root_password

增量备份 (Incremental Backup)

增量备份是指从上一次备份（无论是全量备份还是增量备份）之后发生变化的数据进行备份。它只备份自上次备份以来修改或新增的数据。

优点：

节省空间：只备份变化的数据，节省存储空间。
速度快：备份和恢复的时间较短，因为数据量较小。

缺点：

恢复复杂：恢复时需要依次应用最后一个全量备份和所有后续的增量备份。
一致性风险：如果某个增量备份损坏，可能影响整个备份链的恢复。

示例：
使用 XtraBackup 进行增量物理备份：

第一次全量备份：

xtrabackup --backup --target-dir=/path/to/backup/full --user=root --password=root_password

第一次增量备份：

xtrabackup --backup --target-dir=/path/to/backup/inc1 --incremental-basedir=/path/to/backup/full --user=root --password=root_password

第二次增量备份：

xtrabackup --backup --target-dir=/path/to/backup/inc2 --incremental-basedir=/path/to/backup/inc1 --user=root --password=root_password

具体场景的应用

全量备份：适用于数据量较小、备份窗口充足的场景，或作为周期性备份的一部分，例如每周一次全量备份。
增量备份：适用于数据量较大、需要频繁备份的场景，以节省存储空间和备份时间，例如每天一次增量备份。

结合使用

实际应用中，通常会结合使用全量备份和增量备份。例如，每周进行一次全量备份，然后每天进行一次增量备份。这种策略可以在节省存储空间的同时，确保数据的安全和恢复的有效性。

恢复示例

恢复全量备份：

xtrabackup --prepare --target-dir=/path/to/backup/full
xtrabackup --copy-back --target-dir=/path/to/backup/full
sudo chown -R mysql:mysql /var/lib/mysql
sudo systemctl start mysql

应用第一次增量备份：

xtrabackup --prepare --target-dir=/path/to/backup/full --incremental-dir=/path/to/backup/inc1

应用第二次增量备份：

xtrabackup --prepare --target-dir=/path/to/backup/full --incremental-dir=/path/to/backup/inc2

恢复准备好的数据：

xtrabackup --copy-back --target-dir=/path/to/backup/full
sudo chown -R mysql:mysql /var/lib/mysql
sudo systemctl start mysql

总结

全量备份：备份整个数据库，简单但占用空间大，适用于周期性备份。
增量备份：备份变化的数据，节省空间但恢复复杂，适用于频繁备份需求。

选择合适的备份策略，可以根据具体业务需求和系统环境，确保数据的安全性和可恢复性。

离线备份 | 增量备份

在 MySQL 中，备份操作可以分为离线备份（Offline Backup）和在线备份（Online Backup）。这两种备份方式主要区别在于是否需要停止数据库服务。以下是对离线备份和在线备份的详细说明及示例：

离线备份 (Offline Backup)

离线备份是在数据库停止服务的情况下进行的备份（也叫做冷备）。此时，数据库不会接受任何连接和操作，确保备份的一致性。

优点：

数据一致性：由于数据库停止运行，备份过程中不会有数据修改，确保数据一致性。
操作简单：无需处理并发访问问题。

缺点：

服务中断：数据库在备份期间不可用，可能会影响业务连续性。
时间限制：备份时间较长时，可能会导致较长的停机时间。

示例：

停止 MySQL 服务：
```
sudo systemctl stop mysql
```

进行物理备份：

cp -r /var/lib/mysql /path/to/backup/dir

启动 MySQL 服务：
```
sudo systemctl start mysql
```

在线备份 (Online Backup)

在线备份是在数据库正常运行的情况下进行的备份（也叫做热备）。数据库继续接受读写操作，用户不会感受到服务中断。

优点：

无服务中断：数据库在备份期间仍然可用，不影响业务连续性。
高可用性：适用于需要 24/7 连续运行的系统。

缺点：

数据一致性挑战：备份过程中可能会有数据修改，需要使用一致性快照或其他机制来确保数据一致性。
性能影响：备份操作可能会占用系统资源，影响数据库性能。

示例：
使用 mysqldump 进行在线逻辑备份：

在线逻辑备份：

mysqldump -u root -p --single-transaction database_name > /path/to/backup/database_name.sql

--single-transaction 选项可以确保在 InnoDB 表上的一致性备份。

使用 XtraBackup 进行在线物理备份：

进行在线物理备份：

xtrabackup --backup --target-dir=/path/to/backup/dir --user=root --password=root_password

具体场景的应用

离线备份：适用于可以安排停机时间的系统，数据一致性要求高且停机对业务影响较小的场景。
在线备份：适用于需要高可用性、业务连续性强的系统，无法容忍长时间停机的场景。

结合使用

在实际应用中，企业可能会结合使用离线备份和在线备份。离线备份可以在业务低峰期进行，确保数据完全一致；在线备份则可以在业务高峰期或正常运行期间进行，确保业务不中断。

总结

离线备份：数据库停止服务后进行备份，确保数据一致性但会中断服务。
在线备份：数据库正常运行中进行备份，保证业务连续性但可能需要处理数据一致性问题。

根据具体的业务需求和系统特性，选择合适的备份方式，以确保数据安全和业务连续性。

常见工具

物理备份

XtraBackup：Percona 公司开源的备份工具。适用于 MySQL 和 Percona Server。
MySQL Enterprise Backup：MySQL企业级备份工具，常用于 MySQL 企业版。
克隆插件：在 MySQL 8.0.17 中引入的克隆插件（Clone Plugin）是一个强大的新功能，旨在简化数据库克隆操作，特别是在 MySQL 组复制（Group Replication）环境中添加新节点时。克隆插件使得在不依赖外部备份工具的情况下，快速且简便地创建从库或新节点成为可能。

这三款工具的实现原理基本相同，都是先在备份的过程中拷贝物理文件和redo log，恢复时间利用 InnoDB Crash Recovery（崩溃恢复）将物理文件恢复到备份结束时的一致性状态。

备份过程

拷贝物理文件：在备份过程中，这些工具会拷贝数据库的物理文件，包括数据文件（.ibd 文件）、表空间文件（.ibd 文件）和相关的元数据文件。这一过程可以在数据库运行期间进行，因为它们会使用 InnoDB 的在线备份能力。
捕获 redo log：为了确保备份过程中的数据一致性，这些工具会捕获 redo log（重做日志）。redo log 记录了在备份期间数据库的所有写操作，这些日志文件可以在恢复过程中用于重放未完成的事务。
快照一致性：通过使用 InnoDB 的一致性快照技术（例如多版本并发控制，MVCC），这些工具确保在备份过程中捕获的数据库状态是一个一致的快照，即使在数据库仍然处理事务的情况下。

恢复过程