MySQL闪回原理与实战


DBA或开发人员,有时会误删或者误更新数据,如果是线上环境并且影响较大,就需要能快速回滚。传统恢复方法是利用备份重搭实例,再应用去除错误sql后的binlog来恢复数据。此法费时费力,甚至需要停机维护,并不适合快速回滚。也有团队利用LVM快照来缩短恢复时间,但快照的缺点是会影响mysql的性能。

MySQL闪回(flashback)利用binlog直接进行回滚,能快速恢复且不用停机。本文将介绍闪回原理,给出笔者的实战经验,并对现存的闪回工具作比较。

开胃菜
某天,小明因种种原因,误删了大批线上用户表的数据。他急忙找到公司DBA请求帮助,“客服电话已被打爆,大量用户投诉无法登陆,领导非常恼火。请问多久能恢复数据?”DBA一脸懵逼,沉默十秒后,伸出一根手指。“你的意思是一分钟就能恢复?太好了。”小明终于有些放松,露出了一丝笑容。“不,我们中有个人将会离开公司。”DBA沉痛的说道。

勿让悲剧发生,尽早将此文转给公司DBA。

闪回原理

binlog概述
MySQL binlog以event的形式,记录了MySQL server从启用binlog以来所有的变更信息,能够帮助重现这之间的所有变化。MySQL引入binlog主要有两个目的:一是为了主从复制;二是某些备份还原操作后需要重新应用binlog。

有三种可选的binlog格式,各有优缺点:

1)statement:基于SQL语句的模式,binlog数据量小,但是某些语句和函数在复制过程可能导致数据不一致甚至出错;
2)row:基于行的模式,记录的是行的完整变化。很安全,但是binlog会比其他两种模式大很多;

3)mixed:混合模式,根据语句来选用是statement还是row模式;


利用binlog闪回,需要将binlog格式设置为row。row模式下,一条使用innodb的insert会产生如下格式的binlog:

# at 1129
#161225 23:15:38 server id 3773306082  end_log_pos 1197         Query   thread_id=1903021       exec_time=0     error_code=0
SET TIMESTAMP=1482678938/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
# at 1197
#161225 23:15:38 server id 3773306082  end_log_pos 1245         Table_map: `test`.`user` mapped to number 290
# at 1245
#161225 23:15:38 server id 3773306082  end_log_pos 1352         Write_rows: table id 290 flags: STMT_END_F

BINLOG '
muJfWBPiFOjgMAAAAN0EAAAAACIBAAAAAAEABHRlc3QABHVzZXIAAwMPEQMeAAAC
muJfWB7iFOjgawAAAEgFAAAAACIBAAAAAAEAAgAD//gBAAAABuWwj+i1tVhK1hH4AgAAAAblsI/p
krFYStYg+AMAAAAG5bCP5a2ZWE/onPgEAAAABuWwj+adjlhNeAD4BQAAAAJ0dFhRYJM=
'/*!*/;
# at 1352
#161225 23:15:38 server id 3773306082  end_log_pos 1379         Xid = 5327954
COMMIT/*!*/;


闪回原理

既然binlog以event形式记录了所有的变更信息,那么我们把需要回滚的event,从后往前回滚回去即可。

对于单个event的回滚,我们以表test.user来演示原理

mysql> show create table test.user\G
*************************** 1. row ***************************
       Table: user
Create Table: CREATE TABLE `user` (
  `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT,
  `name` varchar(10) DEFAULT NULL,
  PRIMARY KEY (`id`)
) ENGINE=InnoDB AUTO_INCREMENT=6 DEFAULT CHARSET=utf8


1、对于delete操作,我们从binlog提取出delete信息,生成的回滚语句是insert。(注:为了方便解释,我们用binlog2sql将原始binlog转化成了可读SQL)

原始:DELETE FROM `test`.`user` WHERE `id`=1 AND `name`='小赵';
回滚:INSERT INTO `test`.`user`(`id`, `name`) VALUES (1, '小赵');


2、对于insert操作,回滚SQL是delete。

原始:INSERT INTO `test`.`user`(`id`, `name`) VALUES (2, '小钱');
回滚:DELETE FROM `test`.`user` WHERE `id`=2 AND `name`='小钱';


3、对于update操作,回滚sql应该交换SET和WHERE的值。

原始:UPDATE `test`.`user` SET `id`=3, `name`='小李' WHERE `id`=3 AND `name`='小孙';
回滚:UPDATE `test`.`user` SET `id`=3, `name`='小孙' WHERE `id`=3 AND `name`='小李';


闪回实战

真实的闪回场景中,最关键的是能快速筛选出真正需要回滚的SQL。
我们使用开源工具binlog2sql来进行实战演练。binlog2sql由美团点评DBA团队(上海)出品,多次在线上环境做快速回滚。

首先我们安装binlog2sql:

shell> git clone https://github.com/danfengcao/binlog2sql.git && cd binlog2sql
shell> pip install -r requirements.txt


背景:小明在11:44时误删了test库user表大批的数据,需要紧急回滚。

test库user表原有数据

mysql> select * from user;
+----+--------+---------------------+
| id | name   | addtime             |
+----+--------+---------------------+
|  1 | 小赵   | 2013-11-11 00:04:33 |
|  2 | 小钱   | 2014-11-11 00:04:48 |
|  3 | 小孙   | 2016-11-11 20:25:00 |
|  4 | 小李   | 2013-11-11 00:00:00 |
.........
+----+--------+---------------------+
16384 rows in set (0.04 sec)

11:44时,user表大批数据被误删除。与此同时,正常业务数据是在继续写入的
mysql> delete from user where addtime>'2014-01-01';
Query OK, 16128 rows affected (0.18 sec)

mysql> select count(*) from user;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|      261 |
+----------+


恢复数据步骤:

1、登录mysql,查看目前的binlog文件

mysql> show master logs;
+------------------+-----------+
| Log_name         | File_size |
+------------------+-----------+
| mysql-bin.000053 | 168652863 |
| mysql-bin.000054 |    504549 |
+------------------+-----------+


2、最新的binlog文件是mysql-bin.000054。我们的目标是筛选出需要回滚的SQL,由于误操作人只知道大致的误操作时间,我们首先根据时间做一次过滤。只需要解析test库user表。(注:如果有多个sql误操作,则生成的binlog可能分布在多个文件,需解析多个文件)

shell> python binlog2sql/binlog2sql.py -h127.0.0.1 -P3306 -uadmin -p'admin' -dtest -tuser --start-file='mysql-bin.000054' --start-datetime='2016-12-26 11:44:00' --stop-datetime='2016-12-26 11:50:00' > /tmp/raw.sql
raw.sql 输出:
DELETE FROM `test`.`user` WHERE `addtime`='2014-11-11 00:04:48' AND `id`=2 AND `name`='小钱' LIMIT 1; #start 257427 end 265754 time 2016-12-26 11:44:56
DELETE FROM `test`.`user` WHERE `addtime`='2015-11-11 20:25:00' AND `id`=3 AND `name`='小孙' LIMIT 1; #start 257427 end 265754 time 2016-12-26 11:44:56
...
DELETE FROM `test`.`user` WHERE `addtime`='2016-12-14 23:09:07' AND `id`=24530 AND `name`='tt' LIMIT 1; #start 257427 end 504272 time 2016-12-26 11:44:56
INSERT INTO `test`.`user`(`addtime`, `id`, `name`) VALUES ('2016-12-10 00:04:33', 32722, '小王'); #start 504299 end 504522 time 2016-12-26 11:49:42
...


3、根据位置信息,我们确定了误操作sql来自同一个事务,准确位置在257427-504272之间(binlog2sql对于同一个事务会输出同样的start position)。再根据位置过滤,使用 -B 选项生成回滚sql,检查回滚sql是否正确。(注:真实场景下,生成的回滚SQL经常会需要进一步筛选。结合grep、编辑器等)

shell> python binlog2sql/binlog2sql.py -h127.0.0.1 -P3306 -uadmin -p'admin' -dtest -tuser --start-file='mysql-bin.000054' --start-position=257427 --stop-position=504272 -B > /tmp/rollback.sql
rollback.sql 输出:
INSERT INTO `test`.`user`(`addtime`, `id`, `name`) VALUES ('2016-12-14 23:09:07', 24530, 'tt'); #start 257427 end 504272 time 2016-12-26 11:44:56
INSERT INTO `test`.`user`(`addtime`, `id`, `name`) VALUES ('2016-12-12 00:00:00', 24529, '小李'); #start 257427 end 504272 time 2016-12-26 11:44:56
...
INSERT INTO `test`.`user`(`addtime`, `id`, `name`) VALUES ('2014-11-11 00:04:48', 2, '小钱'); #start 257427 end 265754 time 2016-12-26 11:44:56

shell> wc -l /tmp/rollback.sql
16128 /tmp/rollback.sql



4、与业务方确认回滚sql没问题,执行回滚语句。登录mysql,确认回滚成功。
shell> mysql -h127.0.0.1 -P3306 -uadmin -p'admin' < /tmp/rollback.sql

mysql> select count(*) from user;
+----------+
| count(*) |
+----------+
|    16389 |
+----------+



TIPS

1、闪回的关键是快速筛选出真正需要回滚的SQL。
2、先根据库、表、时间做一次过滤,再根据位置做更准确的过滤。
3、由于数据一直在写入,要确保回滚sql中不包含其他数据。可根据是否是同一事务、误操作行数、字段值的特征等等来帮助判断。
4、执行回滚sql时如有报错,需要查实具体原因,一般是因为对应的数据已发生变化。由于是严格的行模式,只要有主键或唯一键存在,就只会报某条数据不存在的错,不必担心会更新不该操作的数据。
5、如果待回滚的表与其他表有关联,要与开发说明回滚和不回滚各自的副作用,再确定方案。
6、回滚后数据变化,可能对用户和线上应用造成困惑(类似幻读)。
再重复下最重要的两点:筛选出正确SQL!沟通清楚!

闪回工具
MySQL闪回特性最早由阿里彭立勋开发,彭在2012年给官方提交了一个patch,并对闪回设计思路做了说明(设计思路很有启发性,强烈推荐阅读)。但是因为种种原因,业内安装这个patch的团队至今还是少数,真正应用到线上的更是少之又少。彭之后,又有多位人员针对不同mysql版本不同语言开发了闪回工具,原理用的都是彭的思路。

我将这些闪回工具按实现方式分成了三类。

1、第一类是以patch形式集成到官方工具mysqlbinlog中。以彭提交的patch为代表。

优点
1)上手成本低。mysqlbinlog原有的选项都能直接利用,只是多加了一个闪回选项。闪回特性未来有可能被官方收录。
2)支持离线解析。

缺点
1)兼容性差、项目活跃度不高。由于binlog格式的变动,如果闪回工具作者不及时对补丁升级,则闪回工具将无法使用。目前已有多位人员分别针对mysql5.5,5.6,5.7开发了patch,部分项目代码公开,但总体上活跃度都不高。
2)难以添加新功能,实战效果欠佳。在实战中,经常会遇到现有patch不满足需求的情况,比如要加个表过滤,很简单的一个需求,代码改动也不会大,但对大部分DBA来说,改mysql源码还是很困难的事。
3)安装稍显麻烦。需要对mysql源码打补丁再编译生成。
这些缺点,可能都是闪回没有流行开来的原因。
2、第二类是独立工具,通过伪装成slave拉取binlog来进行处理。以binlog2sql为代表。

优点
1)兼容性好。伪装成slave拉binlog这项技术在业界应用的非常广泛,多个开发语言都有这样的活跃项目,MySQL版本的兼容性由这些项目搞定,闪回工具的兼容问题不再突出。
2)添加新功能的难度小。更容易被改造成DBA自己喜欢的形式。更适合实战。

3)安装和使用简单。


缺点

必须开启MySQL server。


3、第三类是简单脚本。先用mysqlbinlog解析出文本格式的binlog,再根据回滚原理用正则进行匹配并替换。

优点
1)脚本写起来方便,往往能快速搞定某个特定问题。
2)安装和使用简单。

3)支持离线解析。


缺点
1)通用性不好。
2)可靠性不好。
就目前的闪回工具而言,线上环境的闪回,笔者建议使用binlog2sql,离线解析使用mysqlbinlog。

关于DDL的flashback
本文所述的flashback仅针对DML语句的快速回滚。但如果误操作是DDL的话,是无法利用binlog做快速回滚的,因为即使在row模式下,binlog对于DDL操作也不会记录每行数据的变化。要实现DDL快速回滚,必须修改MySQL源码,使得在执行DDL前先备份老数据。目前有多个mysql定制版本实现了DDL闪回特性,阿里林晓斌团队提交了patch给MySQL官方,MariaDB预计在不久后加入包含DDL的flashback特性。DDL闪回的副作用是会增加额外存储。考虑到其应用频次实在过低,本文不做详述,有兴趣的同学可以自己去了解,重要的几篇文章我在参考资料中做了引用。

有任何问题,或有mysql闪回相关的优秀工具优秀文章遗漏,烦请告知。 danfengcao.info@gmail.com

参考资料
[1] MySQL Internals Manual , Chapter 20 The Binary Log
[2] 彭立勋,MySQL下实现闪回的设计思路
[3] Lixun Peng, Provide the flashback feature by binlog
[4] 王广友,mysqlbinlog flashback 5.6完全使用手册与原理
[5] 姜承尧, 拿走不谢,Flashback for MySQL 5.7
[6] 林晓斌, MySQL闪回方案讨论及实现
[7] xiaobin lin, flashback from binlog for MySQL
[8] mariadb.com, AliSQL and some features that have made it into MariaDB Server
[9] danfengcao, binlog2sql: Parse MySQL binlog to SQL you want




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