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TiDB 快照备份与恢复使用指南

本文介绍如何使用 br 命令行工具进行 TiDB 快照备份和恢复。使用前，请先安装 br 命令行工具。

快照备份是集群全量备份的一种实现。它基于 TiDB 的多版本并发控制 (MVCC) 实现，将指定快照包含的所有数据备份到目标存储中。备份下来的数据大小约等于集群（压缩后的）单副本数据大小。备份完成之后，你可以在一个空集群或不存在数据冲突（相同 schema 或 table）的集群执行快照备份恢复，将集群恢复到快照备份时的数据状态，同时恢复功能会依据集群副本设置恢复出多副本。

除了基础的备份和恢复功能，快照备份和恢复还提供以下功能：

对集群进行快照备份

使用 tiup br backup full 可以进行一次快照备份。该命令的详细使用帮助可以通过执行 tiup br backup full --help 查看。

tiup br backup full --pd "${PD_IP}:2379" \
    --backupts '2022-09-08 13:30:00 +08:00' \
    --storage "s3://backup-101/snapshot-202209081330?access-key=${access-key}&secret-access-key=${secret-access-key}" \
    --ratelimit 128 \

以上命令中：

  • --backupts：快照对应的物理时间点，格式可以是 TSO 或者时间戳，例如 400036290571534337 或者 2018-05-11 01:42:23 +08:00。如果该快照的数据被垃圾回收 (GC) 了，那么 tiup br backup 命令会报错并退出。使用日期方式备份时，建议同时指定时区，否则 br 默认使用本地时间构造时间戳，可能导致备份时间点错误。如果你没有指定该参数，那么 br 会选取备份开始的时间点所对应的快照。
  • --storage：数据备份到的存储地址。快照备份支持以 Amazon S3、Google Cloud Storage、Azure Blob Storage 为备份存储，以上命令以 Amazon S3 为示例。详细存储地址格式请参考外部存储服务的 URI 格式。
  • --ratelimit：每个 TiKV 备份数据的速度上限，单位为 MiB/s。

在快照备份过程中，终端会显示备份进度条。在备份完成后，会输出备份耗时、速度、备份数据大小等信息。

Full Backup <-------------------------------------------------------------------------------> 100.00%
Checksum <----------------------------------------------------------------------------------> 100.00%
*** ["Full Backup success summary"] *** [backup-checksum=3.597416ms] [backup-fast-checksum=2.36975ms] *** [total-take=4.715509333s] [BackupTS=435844546560000000] [total-kv=1131] [total-kv-size=250kB] [average-speed=53.02kB/s] [backup-data-size(after-compressed)=71.33kB] [Size=71330]

查询快照备份的时间点信息

出于管理备份数的需要，如果你需要查看某个快照备份对应的快照物理时间点，可以执行下面的命令：

tiup br validate decode --field="end-version" \
--storage "s3://backup-101/snapshot-202209081330?access-key=${access-key}&secret-access-key=${secret-access-key}" | tail -n1

结果输出如下，对应物理时间 2022-09-08 13:30:00 +0800 CST：

435844546560000000

恢复快照备份数据

如果你需要恢复备份的快照数据，则可以使用 tiup br restore full。该命令的详细使用帮助可以通过执行 tiup br restore full --help 查看。

将上文备份的快照数据恢复到目标集群：

tiup br restore full --pd "${PD_IP}:2379" \
--storage "s3://backup-101/snapshot-202209081330?access-key=${access-key}&secret-access-key=${secret-access-key}"

在恢复快照备份数据过程中，终端会显示恢复进度条。在完成恢复后，会输出恢复耗时、速度、恢复数据大小等信息。

Full Restore <------------------------------------------------------------------------------> 100.00%
*** ["Full Restore success summary"] *** [total-take=4.344617542s] [total-kv=5] [total-kv-size=327B] [average-speed=75.27B/s] [restore-data-size(after-compressed)=4.813kB] [Size=4813] [BackupTS=435844901803917314]

恢复备份数据中指定库表的数据

br 命令行工具支持只恢复备份数据中指定库、表的部分数据，该功能用于在恢复过程中过滤不需要的数据。

恢复单个数据库的数据

要将备份数据中的某个数据库恢复到集群中，可以使用 tiup br restore db 命令。以下示例只恢复 test 库的数据：

tiup br restore db \
--pd "${PD_IP}:2379" \
--db "test" \
--storage "s3://backup-101/snapshot-202209081330?access-key=${access-key}&secret-access-key=${secret-access-key}"

以上命令中 --db 选项指定了需要恢复的数据库名。

恢复单张表的数据

要将备份数据中的某张数据表恢复到集群中，可以使用 tiup br restore table 命令。以下示例只恢复 test.usertable 表的数据：

tiup br restore table --pd "${PD_IP}:2379" \
--db "test" \
--table "usertable" \
--storage "s3://backup-101/snapshot-202209081330?access-key=${access-key}&secret-access-key=${secret-access-key}"

以上命令中 --db 选项指定了需要恢复的数据库名，--table 选项指定了需要恢复的表名。

使用表库过滤功能恢复部分数据

要通过复杂的过滤条件恢复多个表，可以使用 tiup br restore full 命令，并用 --filter 或 -f 指定表库过滤的条件。以下示例恢复符合 db*.tbl* 条件的表的数据：

tiup br restore full \
--pd "${PD_IP}:2379" \
--filter 'db*.tbl*' \
--storage "s3://backup-101/snapshot-202209081330?access-key=${access-key}&secret-access-key=${secret-access-key}"

恢复 mysql 数据库下的表

  • br v5.1.0 开始，快照备份时默认自动备份 mysql schema 下的系统表数据，但恢复数据时默认不恢复系统表数据。
  • br v6.2.0 开始，增加恢复参数 --with-sys-table 支持恢复数据的同时恢复部分系统表相关数据。
  • br v7.6.0 开始，恢复参数 --with-sys-table 默认开启，即默认支持恢复数据的同时恢复部分系统表相关数据。

可恢复的部分系统表：

+----------------------------------+
| mysql.columns_priv               |
| mysql.db                         |
| mysql.default_roles              |
| mysql.global_grants              |
| mysql.global_priv                |
| mysql.role_edges                 |
| mysql.tables_priv                |
| mysql.user                       |
| mysql.bind_info                  |
+----------------------------------+

不能恢复以下系统表：

+-----------------------------------------------------+
| capture_plan_baselines_blacklist                    |
| column_stats_usage                                  |
| gc_delete_range                                     |
| gc_delete_range_done                                |
| global_variables                                    |
| stats_buckets                                       |
| stats_extended                                      |
| stats_feedback                                      |
| stats_fm_sketch                                     |
| stats_histograms                                    |
| stats_history                                       |
| stats_meta                                          |
| stats_meta_history                                  |
| stats_table_locked                                  |
| stats_top_n                                         |
| tidb                                                |
+-----------------------------------------------------+

当恢复系统权限相关数据的时候，请注意：在恢复数据前 BR 会检查目标集群的系统表是否跟备份数据中的系统表兼容。这里的兼容是指满足以下所有条件：

  • 目标集群需要存在备份中的系统权限表。
  • 目标集群系统权限表列数需要与备份数据中一致，列的顺序可以有差异。
  • 目标集群系统权限表的列需要与备份数据兼容。如果为带长度类型（包括整型、字符串等类型），前者长度需大于或等于后者，如果为 ENUM 类型，则应该为后者超集。

性能与影响

快照备份的性能与影响

TiDB 备份功能对集群性能（事务延迟和 QPS）有一定的影响，但是可以通过调整备份的线程数 backup.num-threads，以及增加集群配置，来降低备份对集群性能的影响。

为了更加具体说明备份对集群的影响，下面列举了多次快照备份测试结论来说明影响的范围：

  • （使用 5.3 及之前版本）在默认配置下，单 TiKV 存储节点上备份线程数量是节点 CPU 总数量的 75% 时，QPS 会下降到备份之前的 35% 左右。
  • （使用 5.4 及以后版本）单 TiKV 存储节点上备份的线程数量不大于 8、集群总 CPU 利用率不超过 80% 时，备份任务对集群（无论读写负载）影响最大在 20% 左右。
  • （使用 5.4 及以后版本）单 TiKV 存储节点上备份的线程数量不大于 8、集群总 CPU 利用率不超过 75% 时，备份任务对集群（无论读写负载）影响最大在 10% 左右。
  • （使用 5.4 及以后版本）单 TiKV 存储节点上备份的线程数量不大于 8、集群总 CPU 利用率不超过 60% 时，备份任务对集群（无论读写负载）几乎没有影响。

你可以通过如下方案手动控制备份对集群性能带来的影响。但是，这两种方案在减少备份对集群的影响的同时，也会降低备份任务的速度。

  • 使用 --ratelimit 参数对备份任务进行限速。请注意，这个参数限制的是把备份文件存储到外部存储的速度。计算备份文件的大小时，请以备份日志中的 backup data size(after compressed) 为准。设置 --ratelimit 后，为了避免任务数过多导致限速失效，br 的 concurrency 参数会自动调整为 1。
  • 调节 TiKV 配置项 backup.num-threads，限制备份任务使用的工作线程数量。内部测试数据表明，当备份的线程数量不大于 8、集群总 CPU 利用率不超过 60% 时，备份任务对集群（无论读写负载）几乎没有影响。

通过限制备份的线程数量可以降低备份对集群性能的影响，但是这会影响到备份的性能，以上的多次备份测试结果显示，单 TiKV 存储节点上备份速度和备份线程数量呈正比。在线程数量较少的时候，备份速度约为 20 MiB/线程数。例如，单 TiKV 节点 5 个备份线程可达到 100 MiB/s 的备份速度。

快照恢复的性能与影响

  • TiDB 恢复的时候会尽可能打满 TiKV CPU、磁盘 IO、网络带宽等资源，所以推荐在空的集群上执行备份数据的恢复，避免对正在运行的业务产生影响。

  • 备份数据的恢复速度与集群配置、部署、运行的业务都有比较大的关系。在内部多场景仿真测试中，单 TiKV 存储节点上备份数据恢复速度能够达到 100 MiB/s。在不同用户场景下，快照恢复的性能和影响应以实际测试结论为准。

  • BR 提供了粗粒度的 Region 打散算法，用于提升大规模 Region 场景下的 Region 恢复速度。该算法通过命令行参数 --granularity="coarse-grained" 控制，并默认启用。在这个方式下每个 TiKV 节点会得到均匀稳定的下载任务，从而充分利用每个 TiKV 节点的所有资源实现并行快速恢复。在实际案例中，大规模 Region 场景下，集群快照恢复速度最高提升约 3 倍。使用示例如下：

    br restore full \
--pd "${PDIP}:2379" \
--storage "s3://${Bucket}/${Folder}" \
--s3.region "${region}" \
--granularity "coarse-grained" \
--send-credentials-to-tikv=true \
--log-file restorefull.log

  • 从 v8.0.0 起，br 命令行工具新增 --tikv-max-restore-concurrency 参数，用于控制每个 TiKV 节点的最大 download 和 ingest 文件数量。此外，通过调整此参数，可以控制作业队列的最大长度（作业队列的最大长度 = 32 * TiKV 节点数量 * --tikv-max-restore-concurrency），进而控制 BR 节点的内存消耗。

    通常情况下，--tikv-max-restore-concurrency 会根据集群配置自动调整，无需手动设置。如果通过 Grafana 中的 TiKV-Details > Backup & Import > Import RPC count 监控指标发现 download 文件数量长时间接近于 0，而 ingest 文件数量一直处于上限时，说明 ingest 文件任务存在堆积，并且作业队列已达到最大长度。此时，可以采取以下措施来缓解任务堆积问题：

    • 设置 --ratelimit 参数来限制下载速度，以确保 ingest 文件任务有足够的资源。例如，当任意 TiKV 节点的硬盘吞吐量为 x MiB/s 且下载备份文件的网络带宽大于 x/2 MiB/s，可以设置参数 --ratelimit x/2。如果任意 TiKV 节点的硬盘吞吐量为 x MiB/s 且下载备份文件的网络带宽小于或等于 x/2 MiB/s，可以不设置参数 --ratelimit。
    • 调高 --tikv-max-restore-concurrency 来增加作业队列的最大长度。

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