瞧一瞧！这儿实现了MongoDB的增量备份与还原（含部署代码）
一 需求描述
我们知道数据是公司的重要资产，业务的系统化、信息化就是数字化。数据高效的存储与查询是系统完善和优化的方向，而数据库的稳定性、可靠性是实现的基础。高可用和rpo（recoverypointobjective，复原点目标，指能容忍的最大数据丢失量）是衡量一个数据库优劣的重要指标。作为一个dba，搭建数据库可靠性体系时，一定会要考虑对数据库进行容灾备份。例如，sql server类型的数据库，我们一定会部署作业，定期进行完整备份、差异备份和日志备份；mysql 数据库同样如此，也是定期进行完整备份、binlog备份等。
可能很多公司的dba认为自己的数据库已采用了新的高可用方案，是多结点冗余了，不再需要冗余备份了，例如sql server 的alwayson，mysql的mha。可是，我们还是要强调两点。
1.墨菲定律：如果有两种或两种以上的方式去做某件事情，而其中一种选择方式将导致灾难，则必定有人会做出这种选择。
过往无数的惨痛教训说明，将损失放大的原因就是备份数据也损坏了（大家不重视，实际上很可能就没做）。
2.容灾备份不仅仅可以解决物理故障，还可以将一些其它误操作回滚，将数据的损害降至最低。
数据容灾备份是为数据的灾难恢复加固了最后一道保障墙。
国务院信息化工作办公室领导编制的《重要信息系统灾难恢复指南》也对灾难恢复能力等级做了详细划分。
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灾难恢复能力等级 |
rto |
rpo |
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1 |
2天以上 |
1天至7天 |
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2 |
24小时以后 |
1天至7天 |
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3 |
12小时以上 |
数小时至1天 |
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4 |
数小时至2天 |
数小时至1天 |
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5 |
数分钟至2天 |
0至30分钟 |
|
6 |
数分钟 |
0 |
随着mongodb使用的越来越普及，存储的数据越来越重要，对其进行定期备份很有必要。现在业内普遍流行的做法是每天定时进行一次全库备份，出故障时，进行全库还原。但是一天一次的备份，很难保证恢复后的数据时效性，rpo较差，会有几个小时的数据丢失。例如，每天5点进行完整备份，如果故障点是晚上20:00,那么就会丢失15个小时的数据。对比上面的“灾难恢复能力等级“”列表，会发现，我们的灾难能力等级比较低。
如果每小时做一次全部备份，那么对存储空间的要求较高，还有就是对性能也会有影响。所以，探究mongodb的增量备还与原很有必要！！！
二 原理说明
关系型数据库，例如mysql ,sql server 都有事务日志（或bin log），会将数据库的dml 、ddl、dcl等操作记录在事务文件中,可以通过日志备份来搭建增量容灾还原体系。mongodb没有此类机制和数据文件，难以实现。但是mongodb副本集有通过oplog（位于local数据库oplog.rs集合中） 实现节点间的同步，此集合记录了整个mongod实例在一段时间内的所有变更（插入/更新/删除）操作。基于此，是否可以考虑通过oplog.rs集合的备份还原来实现实例的增量备份与增量还原。
查看mongodb备份命令mongodump，其中有一个相关参数oplog。
mongodump 中--oplog参数
|
参数 |
参数说明 |
|
--oplog |
use oplog for taking a point-in-time snapshot |
该参数的主要作用是在导出库集合数据的同时生成一个oplog.bson文件，里面存放了开始进行dump到dump结束之间所有的op log 操作。
注意：--oplog选项只对全库导出有效。
相应的 mongorestore 中与 oplog 相关的参数
|
参数 |
参数说明 |
|
oplogreplay |
replay oplog for point-in-time restore |
|
oploglimit |
only include oplog entries before the provided timestamp |
|
oplogfile |
oplog file to use for replay of oplog
|
仔细观察oplogreplay参数下的还原过程，我们发现，是先还原数据库文件，再重放还原oplog.bson种的数据。这就启发了我们，如果还原路径下，只有oplog.bson文件，没有数据库备份文件，是不是只进行重放还原操作。如此，如果oplog.bson中记录都是上次备份后的变化操作（op log），还原oplog.bson就可以实现了增量还原。考虑到副本集的变化操作（op log）保存在oplog.rs集合中，只要连续从oplog.rs导出操作的相关数据进行备份，就可以实现增量备份。
即理论上，从oplog.rs导出的数据完全可以替代mongodump过程中产生的oplog.bson，进行增量还原。
实际生产中经过多次验证，也是完全可以。
-----具体原理及验证内容还可参考本人博客 --https://www.cnblogs.com/xuliuzai/p/9832333.html
三 代码实现【重点推荐】
在容灾体系建设中，既有全库的完整备份也有增量备份。下面是我们的实现代码，因为mongodb多是在linux系统下部署，所以这些备份代码都是通过shell语言实现。这些代码大家只要稍微改动，调整部分参数，即可部署应用。
1. 实现完整（全库）备份的代码
#!/bin/bash
sourcepath='/data/mongodb/mongobin344/bin'
targetpath='/data/mongodb_back/bkxxx_2xxxx'
nowtime=$(date "+%y%m%d")
start()
{
${sourcepath}/mongodump --host 172.xxx.xxx.xxx --port 2xxxx -u 用户名-p "密码" --oplog --gzip --authenticationdatabase "admin" --out ${targetpath}/${nowtime}
}
execute()
{
echo "================================ $(date) bakxxx 2xxxx mongodb back start ${nowtime}========="
start
if [ $? -eq 0 ]
then
echo "the mongodb backup successfully!"
else "the mongodb backup failure"
fi
}
if [ ! -d "${targetpath}/${nowtime}/" ]
then
mkdir ${targetpath}/${nowtime}
fi
execute
baktime=$(date -d '-3 days' "+%y%m%d")
if [ -d "${targetpath}/${baktime}/" ]
then
rm -rf "${targetpath}/${baktime}/"
echo "=======${targetpath}/${baktime}/===删除完毕=="
fi
echo "================================ $(date) bakxxx 2xxxx mongodb back end ${nowtime}========="
代码说明：
1.完整备份的脚本，通过crontab触发执行，每天执行一次。
2.备份完整后，会将三天前的备份文件自动删除。
3.sourcepath 定义了mongodb 运行程序所在路径；targetpath定义了归档文件存放的文件夹（请提前创建）。
2. 实现增量备份的代码
#
# this file is used by cron to backup the data of oplog collection,the collection is part of local db.
# the oplog (operations log) is a special capped collection that keeps a rolling record of all operations
# that modify the data stored in your databases.all replica set members contain a copy of the oplog,
# in the local.oplog.rs collection, which allows them to maintain the current state of the database.
# each operation in the oplog is idempotent. that is, oplog operations produce the same results
# whether applied once or multiple times to the target dataset.
#
# we backup the collections by periodicity to restore the db in case of db disaster
# the version is defined v.001
# version modifytime modifyby desc
# ver001 2018-11-06 17:00 xuchangpei create the scripts file
#
#
#!/bin/bash
#### 请在此处输入关键参数，例如程序路径，账号，密码，实例端口###
command_linebin="/data/mongodb/mongobin344/bin/mongo"
username="用户名"
password="用户命名"
port="mongo都被的端口号"
####
####comments0 start 第一次运行此脚本时，自动检查创建备份路径 ####
if [ ! -d "/data/mongodb_back/mongodboplog_back/mongo$port" ]
then
mkdir -p /data/mongodb_back/mongodboplog_back/mongo$port
fi
if [ ! -d "/data/mongodb_back/mongodboplog_back/log/$port" ]
then
mkdir -p /data/mongodb_back/mongodboplog_back/log/$port
fi
bkdatapath=/data/mongodb_back/mongodboplog_back/mongo$port
bklogpath=/data/mongodb_back/mongodboplog_back/log/$port
####comments end ##
logfilename=$(date -d today +"%y%m%d")
echo "===================================message --=mongodb 端口为" $port "的差异备份开始，开始时间为" $(date -d today +"%y%m%d%h%m%s") >> $bklogpath/$logfilename.log
parambakenddate=$(date +%s)
echo "message --本次备份时间参数中的结束时间为：" $parambakenddate >> $bklogpath/$logfilename.log
difftime=$(expr 65 \* 60)
echo "message --备份设置的间隔时间为：" $difftime >> $bklogpath/$logfilename.log
parambakstartdate=$(expr $parambakenddate - $difftime)
echo "message --本次备份时间参数中的开始时间为：" $parambakstartdate >> $bklogpath/$logfilename.log
bkfilename=$(date -d today +"%y%m%d%h%m%s")
#### comments1 start 获取数据库中oplog记录的开始范围，防止导出的数据不完整 ####
command_line="${command_linebin} localhost:$port/admin -u$username -p$password"
opmes=$(/bin/echo "db.printreplicationinfo()" | $command_line --quiet)
echo $opmes > opdoctime$port.tmplog
opbktmplogfile=opdoctime$port.tmplog
#opstartmes=$(grep "oplog first event time" $opmes)
opstartmes=$(grep "oplog first event time" $opbktmplogfile | awk -f 'cst' '{print $1}' | awk -f 'oplog first event time: ' '{print $2}' | awk -f ' gmt' '{print $1}' )
echo "message --oplog集合记录的开始时间为："$opstartmes >> $bklogpath/$logfilename.log
oplogrecordfirst=$(date -d "$opstartmes" +%s)
echo "message --oplog集合记录的开始时间为:" $oplogrecordfirst >> $bklogpath/$logfilename.log
##begin 比较备份参数的开始时间是否在oplog记录的时间范围内
if [ $oplogrecordfirst -le $parambakstartdate ]
then
echo "message --检查设置备份时间合理。备份参数的开始时间在oplog记录的时间范围内。" >> $bklogpath/$logfilename.log
else echo "fatal error --检查设置的备份时间不合理合理。备份参数的开始时间不在oplog记录的时间范围内。请调整oplog size或调整备份频率。本次备份可以持续进行，但还原时数据完整性丢失。" >> $bklogpath/$logfilename.log
fi
##end##
#### comments1 end ####
dumpmsg=$(/data/mongodb/mongobin344/bin/mongodump -h localhost --port $port --authenticationdatabase admin -u$username -p$password -d local -c oplog.rs --query '{ts:{$gte:timestamp('$parambakstartdate',1),$lte:timestamp('$parambakenddate',9999)}}' -o $bkdatapath/mongodboplog$bkfilename)
echo "本次导出的具体信息如下：" $dumpmsg
echo $dumpmsg >> $bklogpath/$logfilename.log
#### comments2 start 再次检查，防止导出oplog数据过程耗时过长，比如，我们一小时导出一份，每一次循环涵盖65分钟，如果导出执行过程耗时5分钟以上就可能导致导出的数据不完整。####
## 下面的70 是有上面的65+5而得，+5 是允许导出耗时5分钟。这个逻辑有点绕，大家可以测测，这段逻辑看几分钟可以理解通透了。
difftime=$(expr 70 \* 60)
allowmaxdate=$(expr $(date +%s) - $difftime)
if [ $allowmaxdate -le $parambakstartdate ]
then
echo "message --oplog记录导出时间在规定的difftime范围内。数据有效" >> $bklogpath/$logfilename.log
else echo "fatal error --oplog记录导出时间 超出了 规定的difftime范围。数据完整性等不到保证。请增大difftime参数或调整备份频率。" >> $bklogpath/$logfilename.log
fi
#### comments2 end ####
#### comments3 检查备份文件是否已经删除start ####
if [ -d "$bkdatapath/mongodboplog$bkfilename" ]
then
echo "message --检查此次备份文件已经产生.文件信息为:" $bkdatapath/mongodboplog$bkfilename >> $bklogpath/$logfilename.log
else echo "fatal error --备份过程已执行，但是未检测到备份产生的文件，请检查！" >> $bklogpath/$logfilename.log
fi
##### comments3 end ####
#### comments4 start 删除历史备份文件，保留3天，如需调整，请在持续设置
keepbaktime=$(date -d '-3 days' "+%y%m%d%h")*
if [ -d $bkdatapath/mongodboplog$keepbaktime ]
then
rm -rf $bkdatapath/mongodboplog$keepbaktime
echo "message -- $bkdatapath/mongodboplog$keepbaktime 删除完毕" >> $bklogpath/$logfilename.log
fi
### comments4 end
echo "============================message --mongodb 端口为" $port "的差异备份结束，结束时间为：" $(date -d today +"%y%m%d%h%m%s") >> $bklogpath/$logfilename.log
代码说明：
1.增量备份的脚本，也是通过crontab触发执行，以上参数未修改前，建议每小时执行一次。
2.备份完整后，会自动检查文件是否产生，并且会将三天前的备份文件删除。
3.脚本会自动检查备份路径，不存在将自动产生。
4.增量导出中开始时间和结束时间是最重要的参数，并且要对参数的合法性、有效性检查。例如，检查oplog的记录是否完全涵盖输入的时间，防止出现希望导出08:00--09:00的数据，但是oplog集合中只有08:30--09:00的数据；防止导出过程耗时过长（例如超过定义的5分钟），导致数据不完整。代码中都会对这些异常进行判断和捕获。
四 功能测试验证
1. 测试环境
| item | serverip | port | user db |
| 源库 | 172.xxx.xxx.124(primary) | 2xxx30 | testoplog |
| 备份还原库 | 172.xxx.xxx.124(primary) | 2xxx20 | 无 |
2. 完整备份与还原
step 1 在备份前，先向数据库testoplog插入部分数据
step 2 完整备份所有的数据库，执行的代码为上面的完整备份代码（保存到执行文件bkoplogtest_2xxx30），打印出执行过程如下截图
step 3 还原完整备份，执行的代码和打印执行过程如下：
执行的命令：
/data/mongodb/mongobin344/bin/mongorestore -h 172.xxx.xxx.124 --port 2xxx20 --oplogreplay --authenticationdatabase 认证数据库-u 用户名-p '密码' --gzip /data/mongodb_back/testoplogbackfile/20181107
打印出的执行过程：
step 4 检查还原库的情况，检查库（testoplog）、表（testfullbefore01、testfullbefore02、testfullbefore03）是否还原。
结论：完整还原后与原库完整备份时数据一致，符合测试预期。
3. 增量备份与还原
增量备份与还原的测试案例描述
| 测试案例 | 第一次增量备份 | 第一次增量还原 | 第二次增量备份 | 第二次增量还原 |
| 源库 |
备份前，新建集合testdiffbk01 并插入10000笔数据 |
无操作 |
备份前，新建集合testdiffbk02 并插入10000笔数据 |
无操作 |
| 还原库 | 无操作 |
还原后，检查testdiffbk01是否存在 以及数据量 |
无操作 |
还原后，检查testdiffbk02是否存在 以及数据量 |
step 1 第一次增量备份前，向源库中插入测试数据
step 2 第一次执行增量备份（执行增量备份的脚本，代码放置在执行文件mongodb_oplogbacktestoplog2xxxx.sh中）
step 3 向源库中第二次插入测试数据
step 4 第二次执行增量备份
两次增量备份产生的文件在 文件夹 /data/mongodb_back/mongodboplog_back/mongo27230 中，如下图所示：
step 5 将完整备份所在路径下的文件清空，将第一次备份的产生的oplog.rs.bson 文件，copy至此路径下，并重命名为oplog.bson。【即还原第一份增量备份】
清空指令：
copy+ 重命名指令
还原指令：
/data/mongodb/mongobin344/bin/mongorestore -h 172.xxx.xxx.124 --port 2xxx20 --oplogreplay --authenticationdatabase 验证数据库-u 用户名-p '密码' /data/mongodb_back/testoplogbackfile/20181107
step 7 验证第一次增量还原的数据，验证测试所用的集合testdiffbk01及数据,与原库第一次增量备份时一致，即已正常还原增量。
step 8 将完整备份所在路径下的文件清空，将第二次增量备份的产生的oplog.rs.bson 文件，copy至此路径下，并重命名为oplog.bson。【即还原第二份增量备份】
删除指令
copy + 重命名指令
还原增量备份的指令【与第一次执行的还原命令完全一样】
/data/mongodb/mongobin344/bin/mongorestore -h 172.xxx.xxx.124 --port 2xxx20 --oplogreplay --authenticationdatabase 验证数据库-u 用户名-p '密码' /data/mongodb_back/testoplogbackfile/20181107
step 9 验证第二次增量还原的数据，验证测试所用的集合testdiffbk02及数据。结论：与原库第二次增量备份时一致，即已正常还原增量。
此轮测试有完整备份与完整还原，还有两次增量备份月增量，详细演示增量还原方案的可行性和相关代码的可执行性，部署后满足生产所需。
五 注意事项
一定要在还原完整备份的路径下，还原已备份oplog的增量文件。即先将已还原的完整备份文件删除，再将增量备份产生oplog.rs.bson文件copy至路径下，并且重命名为oplog.bson。
如果是在其他路径下，则报错，主要的错误信息为：
2018-11-06t10:24:51.848+0800 checking for collection data in /data/mongodb_back/bkrcs_test/oplog.bson
2018-11-06t10:24:51.848+0800 failed: no oplog file to replay; make sure you run mongodump with --oplog
验证测试，完整备份（全库备份）的文件在 路径 /xxx/xxxx_back/bkrcs_2xxxx/20181105 下 。
如果我们将oplog的增量文件（oplog.rs集合导出的数据）/local/oplog.rs.bson 复制至 /xxx/xxxx_back/bkrcs_test/路径下，并重命名为oplog.bson
执行restore命令报错：
如果我们将/local/oplog.rs.bson复制至还原完整备份所在的路径下（ /xxx/xxxx_back/bkrcs_27xxx/20181105），执行restore，测试不再报错。
检查新增数据也已同步过去。
所以，还原时增量备份（oplog）一定要放置完整备份所在的文件夹下（copy前，先将完整备份完结删除）进行还原。
本文版权归作者所有，未经作者同意不得转载,谢谢配合！！！
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