MySQL-物理备份-Percona XtraBackup 备份原理

其中最主要的是 innobackupex 和 xtrabackup，前者是1个 perl 脚本，后者是 C/C++ 编译的2进制。

xtrabackup 是用来备份 InnoDB 表的，不能备份非 InnoDB 表，和 mysqld server 没有交互；innobackupex 脚本用来备份非 InnoDB 表，同时会调用 xtrabackup 命令来备份 InnoDB 表，还会和 mysqld server 发送命令进行交互，如加读锁（FTWRL）、获得位点（SHOW SLAVE STATUS）等。简单来讲，innobackupex 在 xtrabackup 之上做了1层封装。

1般情况下，我们是希望能备份 MyISAM 表的，虽然我们可能自己不用 MyISAM 表，但是 mysql 库下的系统表是 MyISAM 的，因此备份基本都通过 innobackupex 命令进行；另外1个缘由是我们可能需要保存位点信息。

另外2个工具相对小众些，xbcrypt 是加解密用的；xbstream 类似于tar，是 Percona 自己实现的1种支持并发写的流文件格式。两都在备份和解压时都会用到（如果备份用了加密和并发）。

本文的介绍的主角是 innobackupex 和 xtrabackup。

通讯方式

2个工具之间的交互和调和是通过控制文件的创建和删除来实现的，主要文件有：

• xtrabackup_suspended_1
• xtrabackup_suspended_2
• xtrabackup_log_copied

举个栗子，我们来看备份时 xtrabackup_suspended_2 是怎样来调和2个工具进程的

1. innobackupex 在启动 xtrabackup 进程后，会1直等 xtrabackup 备份完 InnoDB 文件，方式就是等待 xtrabackup_suspended_2 这个文件被创建出来；
2. xtrabackup 在备完 InnoDB 数据后，就在指定目录下创建出这个文件，然后等这个文件被 innobackupex 删除；
3. innobackupex 检测到文件 xtrabackup_suspended_2 被创建出来后，就继续往下走；
4. innobackupex 在备份完非 InnoDB 表后，删除 xtrabackup_suspended_2 这个文件，这样就通知 xtrabackup可以继续了，然后等 xtrabackup_log_copied 被创建；
5. xtrabackup 检测到 xtrabackup_suspended_2 文件删除后，就能够继续往下了。

是否是感觉有点不可思议，通过文件是不是存在来控制进程，这类方式非常的不靠谱，由于非常容易被外部干扰，比如文件被他人误删掉，或2个正在跑的备份控制文件误放在同1个目录下，就等着备份乱掉吧，但是 Percona 就是这么干的。

之所以这么弄，估计主要是由于 perl 和 C 2进制2个进程，没有既好用又方便的通讯方式，弄个协议啥的太麻烦了。但是官方也觉得这类方式不靠谱，11年就弄了个 blueprint 要用C重写 innobackupex，终究在2.3 版本实现了，innobackupex 功能全部集成到 xtrabackup 里面，只有1个 binary，另外为了使用上的兼容斟酌，innobackupex作为 xtrabackup 的1个软链。对2次开发来讲，2.3 摆脱了之前2个进程协作的负担，架构上明显要好过之前版本。斟酌到 perl + C 这类架构的长时间存在，大多数读者朋友也基本用的2.3之前版本，本文的介绍也是基于老的架构（2.2版本），但是原理和2.3是1样的，只是实现上的差别。

备份进程

全部备份进程以下图：

1. innobackupex 在启动后，会先 fork 1个进程，启动 xtrabackup进程，然后就等待 xtrabackup 备份完 ibd 数据文件；
2. xtrabackup 在备份 InnoDB 相干数据时，是有2种线程的，1种是 redo 拷贝线程，负责拷贝 redo 文件，1种是 ibd 拷贝线程，负责拷贝 ibd 文件；redo 拷贝线程只有1个，在 ibd 拷贝线程之前启动，在 ibd 线程结束后结束。xtrabackup 进程开始履行后，先启动 redo 拷贝线程，从最新的 checkpoint 点开始顺序拷贝 redo 日志；然后再启动 ibd 数据拷贝线程，在 xtrabackup 拷贝 ibd 进程中，innobackupex 进程1直处于等待状态（等待文件被创建）。
3. xtrabackup 拷贝完成idb后，通知 innobackupex（通过创建文件），同时自己进入等待（redo 线程依然继续拷贝）;
4. innobackupex 收到 xtrabackup 通知后，履行FLUSH TABLES WITH READ LOCK (FTWRL)，获得1致性位点，然后开始备份非 InnoDB 文件（包括 frm、MYD、MYI、CSV、opt、par等）。拷贝非 InnoDB 文件进程中，由于数据库处于全局只读状态，如果在业务的主库备份的话，要特别谨慎，非 InnoDB 表（主要是MyISAM）比较多的话整库只读时间就会比较长，这个影响1定要评估到。
5. 当 innobackupex 拷贝完所有非 InnoDB 表文件后，通知 xtrabackup（通过删文件） ，同时自己进入等待（等待另外一个文件被创建）；
6. xtrabackup 收到 innobackupex 备份完非 InnoDB 通知后，就停止 redo 拷贝线程，然后通知 innobackupexredo log 拷贝完成（通过创建文件）；
7. innobackupex 收到 redo 备份完成通知后，就开始解锁，履行 UNLOCK TABLES；
8. 最后 innobackupex 和 xtrabackup 进程各自完成扫尾工作，如资源的释放、写备份元数据信息等，innobackupex 等待 xtrabackup 子进程结束后退出。

在上面描写的文件拷贝，都是备份进程直接通过操作系统读取数据文件的，只在履行 SQL 命令时和数据库有交互，基本不影响数据库的运行，在备份非 InnoDB 时会有1段时间只读（如果没有MyISAM表的话，只读时间在几秒左右），在备份 InnoDB 数据文件时，对数据库完全没有影响，是真实的热备。

InnoDB 和非 InnoDB 文件的备份都是通过拷贝文件来做的，但是实现的方式不同，前者是以page为粒度做的(xtrabackup)，后者是 cp 或 tar 命令(innobackupex)，xtrabackup 在读取每一个page时会校验 checksum 值，保证数据块是1致的，而 innobackupex 在 cp MyISAM 文件时已做了flush（FTWRL），磁盘上的文件也是完全的，所以终究备份集里的数据文件都是写入完全的。

增量备份

PXB 是支持增量备份的，但是只能对 InnoDB 做增量，InnoDB 每一个 page 有个 LSN 号，LSN 是全局递增的，page 被更改时会记录当前的 LSN 号，page中的 LSN 越大，说明当前page越新（最近被更新）。每次备份会记录当前备份到的LSN（xtrabackup_checkpoints 文件中），增量备份就是只拷贝LSN大于上次备份的page，比上次备份小的跳过，每一个 ibd 文件终究备份出来的是增量 delta 文件。

MyISAM 是没有增量的机制的，每次增量备份都是全部拷贝的。

增量备份进程和全量备份1样，只是在 ibd 文件拷贝上有不同。

恢复进程

如果看恢复备份集的日志，会发现和 mysqld 启动时非常相似，其实备份集的恢复就是类似 mysqld crash后，做1次 crash recover。

恢复的目的是把备份集中的数据恢复到1个1致性位点，所谓1致就是指原数据库某1时间点各引擎数据的状态，比如 MyISAM 中的数据对应的是 15:00 时间点的，InnoDB 中的数据对应的是 15:20 的，这类状态的数据就是不1致的。PXB 备份集对应的1致点，就是备份时FTWRL的时间点，恢复出来的数据，就对应原数据库FTWRL时的状态。

由于备份时 FTWRL 后，数据库是处于只读的，非 InnoDB 数据是在持有全局读锁情况下拷贝的，所以非 InnoDB 数据本身就对应 FTWRL 时间点；InnoDB 的 ibd 文件拷贝是在 FTWRL 前做的，拷贝出来的不同 ibd 文件最后更新时间点是不1样的，这类状态的 ibd 文件是不能直接用的，但是 redo log 是从备份开始1直延续拷贝的，最后的 redo 日志点是在持有 FTWRL 后获得的，所以终究通过 redo 利用后的 ibd 数据时间点也是和 FTWRL 1致的。

所以恢复进程只触及 InnoDB 文件的恢复，非 InnoDB 数据是不动的。备份恢复完成后，就能够把数据文件拷贝到对应的目录，然后通过mysqld来启动了。