摘要:本次月報(bào)我們分享如何利用文件組技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫冷熱數(shù)據(jù)隔離備份的方案??梢葬槍?duì)文件組級(jí)別進(jìn)行備份和還原操作,更細(xì)粒度控制備份和還原策略。
摘要: 摘要 在SQL Server備份專題分享中,前四期我們分享了:三種常見的數(shù)據(jù)庫備份、備份策略的制定、如何查找備份鏈以及數(shù)據(jù)庫的三種恢復(fù)模式與備份之間的關(guān)系。本次月報(bào)我們分享SQL Server如何利用文件組技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫冷熱數(shù)據(jù)隔離備份的方案。
摘要
在SQL Server備份專題分享中,前四期我們分享了:三種常見的數(shù)據(jù)庫備份、備份策略的制定、如何查找備份鏈以及數(shù)據(jù)庫的三種恢復(fù)模式與備份之間的關(guān)系。本次月報(bào)我們分享SQL Server如何利用文件組技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫冷熱數(shù)據(jù)隔離備份的方案。
場(chǎng)景引入
假設(shè)某公司有一個(gè)非常重要的超大的數(shù)據(jù)庫(超過10TB),面臨如下場(chǎng)景:
該數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)了近10年的用戶支付信息(payment),非常重要
每年的數(shù)據(jù)歸檔存儲(chǔ)在年表中,歷史年表中的數(shù)據(jù)只讀不寫(歷史payment信息無需再修改),只有當(dāng)前年表數(shù)據(jù)既讀又寫
每次數(shù)據(jù)庫全備耗時(shí)太長(zhǎng),超過20小時(shí);數(shù)據(jù)庫還原操作耗時(shí)更長(zhǎng),超過30小時(shí)
如何優(yōu)化設(shè)計(jì)這個(gè)數(shù)據(jù)庫以及備份恢復(fù)系統(tǒng),可以使得備份、還原更加高效?
文件組簡(jiǎn)介
文件組的詳細(xì)介紹不是本次分享的重點(diǎn),但是作為本文介紹的核心技術(shù),有必要對(duì)其優(yōu)點(diǎn)、創(chuàng)建以及使用方法來簡(jiǎn)單介紹SQL Server中的文件組。
使用文件組的優(yōu)點(diǎn)
SQL Server支持將表、索引數(shù)據(jù)存放到非Primary文件組,這樣當(dāng)數(shù)據(jù)庫擁有多個(gè)文件組時(shí)就具備了如下好處:
分散I/O壓力到不同的文件組上,如果不同文件組的文件位于不同的磁盤的話,可以分散磁盤壓力。
針對(duì)不同的文件組進(jìn)行DBCC CHECKFILEGROUP操作,并且同一個(gè)數(shù)據(jù)庫可以多個(gè)進(jìn)程并行處理,減少大數(shù)據(jù)維護(hù)時(shí)間。
可以針對(duì)文件組級(jí)別進(jìn)行備份和還原操作,更細(xì)粒度控制備份和還原策略。
創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)創(chuàng)建文件組
我們可以在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時(shí)直接創(chuàng)建文件組,代碼如下:
USE master GO EXEC sys.xp_create_subdir "C:SQLServerData" EXEC sys.xp_create_subdir "C:SQLServerLogs" CREATE DATABASE [TestFG] ON PRIMARY ( NAME = N"TestFG", FILENAME = N"C:SQLServerDataTestFG.mdf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FG2010] ( NAME = N"FG2010", FILENAME = N"C:SQLServerDataFG2010.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FG2011] ( NAME = N"FG2011", FILENAME = N"C:SQLServerDataFG2011.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FG2012] ( NAME = N"FG2012", FILENAME = N"C:SQLServerDataFG2012.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ) LOG ON ( NAME = N"TestFG_log", FILENAME = N"C:SQLServerLogsTestFG_log.ldf" , SIZE = 5MB , FILEGROWTH = 50MB) GO
注意: 為了保證數(shù)據(jù)庫文件組I/O的負(fù)載均衡能力,請(qǐng)將所有文件的初始大小和自動(dòng)增長(zhǎng)參數(shù)保持一致,以保證輪詢調(diào)度分配算法正常工作。
多帶帶創(chuàng)建創(chuàng)建組
如果數(shù)據(jù)庫已經(jīng)存在,我們也同樣有能力添加文件組,代碼如下:
--Add filegroup FG2013 USE master GO ALTER DATABASE [TestFG] ADD FILEGROUP [FG2013]; -- Add data file to FG2013 ALTER DATABASE [TestFG] ADD FILE (NAME = FG2013, SIZE = 5MB , FILEGROWTH = 50MB ,FILENAME = N"C:SQLServerDataFG2013.ndf") TO FILEGROUP [FG2013] GO USE [TestFG] GO SELECT * FROM sys.filegroups
最終文件組信息,展示如下:
使用文件組
文件組創(chuàng)建完畢后,我們可以將表和索引放到對(duì)應(yīng)的文件組。比如: 將聚集索引放到PRIMARY文件組;表和索引數(shù)據(jù)放到FG2010文件組,代碼如下:
USE [TestFG] GO CREATE TABLE [dbo].[Orders_2010]( [OrderID] [int] IDENTITY(1,1) NOT NULL, [OrderDate] [datetime] NULL, CONSTRAINT [PK_Orders_2010] PRIMARY KEY CLUSTERED ( [OrderID] ASC ) ON [PRIMARY] ) ON [FG2010] GO CREATE NONCLUSTERED INDEX IX_OrderDate ON [dbo].[Orders_2010] (OrderDate) ON [FG2010];
方案設(shè)計(jì)
文件組的基本知識(shí)點(diǎn)介紹完畢后,根據(jù)場(chǎng)景引入中的內(nèi)容,我們將利用SQL Server文件組技術(shù)來實(shí)現(xiàn)冷熱數(shù)據(jù)隔離備份的方案設(shè)計(jì)介紹如下。
設(shè)計(jì)分析
由于payment數(shù)據(jù)庫過大,超過10TB,單次全量備份超過20小時(shí),如果按照常規(guī)的完全備份,會(huì)導(dǎo)致備份文件過大、耗時(shí)過長(zhǎng)、甚至?xí)驗(yàn)閭浞莶僮鲗?duì)I/O能力的消耗影響到正常業(yè)務(wù)。我們仔細(xì)想想會(huì)發(fā)現(xiàn),雖然數(shù)據(jù)庫本身很大,但是,由于只有當(dāng)前年表數(shù)據(jù)會(huì)不斷變化(熱數(shù)據(jù)),歷史年表數(shù)據(jù)不會(huì)修改(冷數(shù)據(jù)),因此正真有數(shù)據(jù)變化操作的數(shù)據(jù)量相對(duì)整個(gè)庫來看并不大。那么,我們將數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)為歷史年表數(shù)據(jù)放到Read only的文件組上,把當(dāng)前年表數(shù)據(jù)放到Read write的文件組上,備份系統(tǒng)僅僅需要備份Primary和當(dāng)前年表所在的文件組即可(當(dāng)然首次還是需要對(duì)數(shù)據(jù)庫做一次性完整備份的)。這樣既可以大大節(jié)約備份對(duì)I/O能力的消耗,又實(shí)現(xiàn)了冷熱數(shù)據(jù)的隔離備份操作,還達(dá)到了分散了文件的I/O壓力,最終達(dá)到數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和備份系統(tǒng)優(yōu)化的目的,可謂一箭多雕。
以上文字分析,畫一個(gè)漂亮的設(shè)計(jì)圖出來,直觀展示如下:
設(shè)計(jì)圖說明
以下對(duì)設(shè)計(jì)圖做詳細(xì)說明,以便對(duì)設(shè)計(jì)方案有更加直觀和深入理解。 整個(gè)數(shù)據(jù)庫包含13個(gè)文件,包括:
1個(gè)主文件組(Primary File Group):用戶存放數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)表、視圖等對(duì)象信息,文件組可讀可寫。
10個(gè)用戶自定義只讀文件組(User-defined Read Only File Group):用于存放歷史年表的數(shù)據(jù)及相應(yīng)索引數(shù)據(jù),每一年的數(shù)據(jù)存放到一個(gè)文件組中。
1個(gè)用戶自定義可讀寫文件組(User-defined Read Write File Group):用于存放當(dāng)前年表數(shù)據(jù)和相應(yīng)索引數(shù)據(jù),該表數(shù)據(jù)必須可讀可寫,所以文件組必須可讀可寫。
1個(gè)數(shù)據(jù)庫事務(wù)日志文件:用于數(shù)據(jù)庫事務(wù)日志,我們需要定期備份數(shù)據(jù)庫事務(wù)日志。
方案實(shí)現(xiàn)
設(shè)計(jì)方案完成以后,接下來就是方案的集體實(shí)現(xiàn)了,具體實(shí)現(xiàn)包括:
創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫
創(chuàng)建年表
文件組設(shè)置
冷熱備份實(shí)現(xiàn)
創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫
創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的同時(shí),我們創(chuàng)建了Primary文件組和2008 ~ 2017的文件組,這里需要特別提醒,請(qǐng)務(wù)必保證所有文件組中文件的初始大小和增長(zhǎng)量相同,代碼如下:
USE master GO EXEC sys.xp_create_subdir "C:DATAPaymentData" EXEC sys.xp_create_subdir "C:DATAPaymentLog" CREATE DATABASE [Payment] ON PRIMARY ( NAME = N"Payment", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment.mdf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2008] ( NAME = N"FGPayment2008", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2008.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2009] ( NAME = N"FGPayment2009", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2009.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2010] ( NAME = N"FGPayment2010", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2010.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2011] ( NAME = N"FGPayment2011", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2011.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2012] ( NAME = N"FGPayment2012", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2012.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2013] ( NAME = N"FGPayment2013", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2013.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2014] ( NAME = N"FGPayment2014", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2014.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2015] ( NAME = N"FGPayment2015", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2015.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2016] ( NAME = N"FGPayment2016", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2016.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ), FILEGROUP [FGPayment2017] ( NAME = N"FGPayment2017", FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2017.ndf" , SIZE = 5MB ,FILEGROWTH = 50MB ) LOG ON ( NAME = N"Payment_log", FILENAME = N"C:DATAPaymentLogPayment_log.ldf" , SIZE = 5MB , FILEGROWTH = 50MB) GO
考慮到每年我們都要添加新的文件組到數(shù)據(jù)庫中,因此2018年的文件組多帶帶創(chuàng)建如下:
--Add filegroup FGPayment2018 USE master GO ALTER DATABASE [Payment] ADD FILEGROUP [FGPayment2018]; -- Add data file to FGPayment2018 ALTER DATABASE [Payment] ADD FILE (NAME = FGPayment2018, SIZE = 5MB , FILEGROWTH = 50MB ,FILENAME = N"C:DATAPaymentDataPayment_2018.ndf") TO FILEGROUP [FGPayment2018] GO
最終再次確認(rèn)數(shù)據(jù)庫文件組信息,代碼如下:
USE [Payment] GO SELECT file_name = mf.name, filegroup_name = fg.name, mf.physical_name,mf.size,mf.growth FROM sys.master_files AS mf INNER JOIN sys.filegroups as fg ON mf.data_space_id = fg.data_space_id WHERE mf.database_id = db_id("Payment") ORDER BY mf.type;
結(jié)果展示如下圖所示:
創(chuàng)建年表
數(shù)據(jù)庫以及相應(yīng)文件組創(chuàng)建完畢后,接下來我們創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的年表并插入一些測(cè)試數(shù)據(jù),如下:
USE [Payment] GO CREATE TABLE [dbo].[Payment_2008]( [Payment_ID] [bigint] IDENTITY(12008,100) NOT NULL, [OrderID] [bigint] NOT NULL, CONSTRAINT [PK_Payment_2008] PRIMARY KEY CLUSTERED ( [Payment_ID] ASC ) ON [FGPayment2008] ) ON [FGPayment2008] GO CREATE NONCLUSTERED INDEX IX_OrderID ON [dbo].[Payment_2008] ([OrderID]) ON [FGPayment2008]; CREATE TABLE [dbo].[Payment_2009]( [Payment_ID] [bigint] IDENTITY(12009,100) NOT NULL, [OrderID] [bigint] NOT NULL, CONSTRAINT [PK_Payment_2009] PRIMARY KEY CLUSTERED ( [Payment_ID] ASC ) ON [FGPayment2009] ) ON [FGPayment2009] GO CREATE NONCLUSTERED INDEX IX_OrderID ON [dbo].[Payment_2009] ([OrderID]) ON [FGPayment2009]; --這里省略了2010-2017的表創(chuàng)建,請(qǐng)參照以上建表和索引代碼,自行補(bǔ)充 CREATE TABLE [dbo].[Payment_2018]( [Payment_ID] [bigint] IDENTITY(12018,100) NOT NULL, [OrderID] [bigint] NOT NULL, CONSTRAINT [PK_Payment_2018] PRIMARY KEY CLUSTERED ( [Payment_ID] ASC ) ON [FGPayment2018] ) ON [FGPayment2018] GO CREATE NONCLUSTERED INDEX IX_OrderID ON [dbo].[Payment_2018] ([OrderID]) ON [FGPayment2018];
這里需要特別提醒兩點(diǎn):
限于篇幅,建表代碼中省略了2010 - 2017表創(chuàng)建,請(qǐng)自行補(bǔ)充
每個(gè)年表的Payment_ID字段初始值是不一樣的,以免查詢所有payment信息該字段值存在重復(fù)的情況
其次,我們檢查所有年表的文件組分布情況如下:
USE [Payment] GO SELECT table_name = tb.[name], index_name = ix.[name], located_filegroup_name = fg.[name] FROM sys.indexes ix INNER JOIN sys.filegroups fg ON ix.data_space_id = fg.data_space_id INNER JOIN sys.tables tb ON ix.[object_id] = tb.[object_id] WHERE ix.data_space_id = fg.data_space_id GO
查詢結(jié)果截取其中部分如下,我們看到所有年表及索引都按照我們的預(yù)期分布到對(duì)應(yīng)的文件組上去了。
最后,為了測(cè)試,我們?cè)趯?duì)應(yīng)年表中放入一些數(shù)據(jù):
USE [Payment] GO SET NOCOUNT ON INSERT INTO [Payment_2008] SELECT 2008; INSERT INTO [Payment_2009] SELECT 2009; --省略掉2010 - 2017,自行補(bǔ)充 INSERT INTO [Payment_2018] SELECT 2018;
文件組設(shè)置
年表創(chuàng)建完完畢、測(cè)試數(shù)據(jù)初始化完成后,接下來,我們做文件組讀寫屬性的設(shè)置,代碼如下:
USE master GO ALTER DATABASE [Payment] MODIFY FILEGROUP [FGPayment2008] READ_ONLY; ALTER DATABASE [Payment] MODIFY FILEGROUP [FGPayment2009] READ_ONLY; --這里省略了2010 - 2017文件組read only屬性的設(shè)置,請(qǐng)自行補(bǔ)充 ALTER DATABASE [Payment] MODIFY FILEGROUP [FGPayment2018] READ_WRITE;
最終我們的文件組讀寫屬性如下:
USE [Payment] GO SELECT name, is_default, is_read_only FROM sys.filegroups GO
截圖如下:
冷熱備份實(shí)現(xiàn)
所有文件組創(chuàng)建成功,并且讀寫屬性配置完畢后,我們需要對(duì)數(shù)據(jù)庫可讀寫文件組進(jìn)行全量備份、差異備份和數(shù)據(jù)庫級(jí)別的日志備份,為了方便測(cè)試,我們會(huì)在兩次備份之間插入一條數(shù)據(jù)。備份操作的大體思路是:
首先,對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行一次性全量備份
其次,對(duì)可讀寫文件組進(jìn)行周期性全量備份
接下來,對(duì)可讀寫文件組進(jìn)行周期性差異備份
最后,對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行周期性事務(wù)日志備份
--Take a one time full backup of payment database USE [master]; GO BACKUP DATABASE [Payment] TO DISK = N"C:DATAPaymentBACKUPPayment_20180316_full.bak" WITH COMPRESSION, Stats=5 ; GO -- for testing, init one record USE [Payment]; GO INSERT INTO [dbo].[Payment_2018] SELECT 201801; GO --Take a full backup for each writable filegoup (just backup FGPayment2018 as an example) BACKUP DATABASE [Payment] FILEGROUP = "FGPayment2018" TO DISK = "C:DATAPaymentBACKUPPayment_FGPayment2018_20180316_full.bak" WITH COMPRESSION, Stats=5 ; GO -- for testing, insert one record INSERT INTO [dbo].[Payment_2018] SELECT 201802; GO --Take a differential backup for each writable filegoup (just backup FGPayment2018 as an example) BACKUP DATABASE [Payment] FILEGROUP = N"FGPayment2018" TO DISK = N"C:DATAPaymentBACKUPPayment_FGPayment2018_20180316_diff.bak" WITH DIFFERENTIAL, COMPRESSION, Stats=5 ; GO -- for testing, insert one record INSERT INTO [dbo].[Payment_2018] SELECT 201803; GO -- Take a transaction log backup of database payment BACKUP LOG [Payment] TO DISK = "C:DATAPaymentBACKUPPayment_20180316_log.trn"; GO
這樣備份的好處是,我們只需要對(duì)可讀寫的文件組(FGPayment2018)進(jìn)行完整和差異備份(Primary中包含系統(tǒng)對(duì)象,變化很小,實(shí)際場(chǎng)景中,Primary文件組也需要備份),而其他的9個(gè)只讀文件組無需備份,因?yàn)閿?shù)據(jù)不會(huì)再變化。如此,我們就實(shí)現(xiàn)了冷熱數(shù)據(jù)隔離備份的方案。 接下來的一個(gè)問題是,萬一Payment數(shù)據(jù)發(fā)生災(zāi)難,導(dǎo)致數(shù)據(jù)損失,我們?nèi)绾螐膫浞菁袑?shù)據(jù)庫恢復(fù)出來呢?我們可以按照如下思路來恢復(fù)備份集:
首先,還原整個(gè)數(shù)據(jù)庫的一次性全量備份
其次,還原所有可讀寫文件組最后一個(gè)全量備份
接下來,還原可讀寫文件組最后一個(gè)差異備份
最后,還原整個(gè)數(shù)據(jù)庫的所有事務(wù)日志備份
-- We restore full backup USE master GO RESTORE DATABASE [Payment_Dev] FROM DISK=N"C:DATAPaymentBACKUPPayment_20180316_full.bak" WITH MOVE "Payment" TO "C:DATAPayment_DevDataPayment_dev.mdf", MOVE "FGPayment2008" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2008_dev.ndf", MOVE "FGPayment2009" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2009_dev.ndf", MOVE "FGPayment2010" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2010_dev.ndf", MOVE "FGPayment2011" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2011_dev.ndf", MOVE "FGPayment2012" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2012_dev.ndf", MOVE "FGPayment2013" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2013_dev.ndf", MOVE "FGPayment2014" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2014_dev.ndf", MOVE "FGPayment2015" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2015_dev.ndf", MOVE "FGPayment2016" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2016_dev.ndf", MOVE "FGPayment2017" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2017_dev.ndf", MOVE "FGPayment2018" TO "C:DATAPayment_DevDataFGPayment2018_dev.ndf", MOVE "Payment_log" TO "C:DATAPayment_DevLogPayment_dev_log.ldf", NORECOVERY,STATS=5; GO -- restore writable filegroup full backup RESTORE DATABASE [Payment_Dev] FILEGROUP = N"FGPayment2018" FROM DISK = N"C:DATAPaymentBACKUPPayment_FGPayment2018_20180316_full.bak" WITH NORECOVERY,STATS=5; GO -- restore writable filegroup differential backup RESTORE DATABASE [Payment_Dev] FILEGROUP = N"FGPayment2018" FROM DISK = N"C:DATAPaymentBACKUPPayment_FGPayment2018_20180316_diff.bak" WITH NORECOVERY,STATS=5; GO -- restore payment database transaction log backup RESTORE LOG [Payment_Dev] FROM DISK = N"C:DATAPaymentBACKUPPayment_20180316_log.trn" WITH NORECOVERY; GO -- Take database oneline to check RESTORE DATABASE [Payment_Dev] WITH RECOVERY; GO
最后檢查數(shù)據(jù)還原的結(jié)果,按照我們插入的測(cè)試數(shù)據(jù),應(yīng)該會(huì)有四條記錄。
USE [Payment_Dev] GO SELECT * FROM [dbo].[Payment_2018] WITH(NOLOCK)
展示執(zhí)行結(jié)果,有四條結(jié)果集,符合我們的預(yù)期,截圖如下:
最后總結(jié)
本篇月報(bào)分享了如何利用SQL Server文件組技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化冷熱數(shù)據(jù)隔離備份的方案,在大大提升數(shù)據(jù)庫備份還原效率的同時(shí),還提供了I/O資源的負(fù)載均衡,提升和優(yōu)化了整個(gè)數(shù)據(jù)庫的性能。
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