Walminer2.0 Beta功能改进说明

开源软件联盟PostgreSQL分会 2020-06-25

1517

作者

李传成：中国PostgreSQL分会认证专家

瀚高软件工程师

前言

walminer是一款PostgreSQL的wal日志的解析工具，它可以依据数据字典解析出产生wal日志中隐含的DML语句。第一个版本的xlogminer工具需要wal为logical级别，而且还有表IDENTITY级别的要求。第二个版本的walminer在易用性上不太友好，无法做到精准解析。walminer2.0是第三个版本，这个版本在上一个版本的基础上增强了易用性，可以做到精准解析，并且做了大量的代码重构以期获得更好的扩展性和对PG13的支持。

项目开源地址为：

https://gitee.com/movead/XLogMiner

有兴趣的同学可以下载使用, 目前walminer2.0还处于开发过程，如果大家有好的改进意见可以提issue，顺便记得star~~~

功能增强

1. 支持指定LSN范围解析

2. 支持特定事务ID解析

3. 支持精确解析语法

4. 增加快捷解析和化身解析模式

版本支持

支持PG9.5,PG9.6,PG10,PG11,PG12,PG13，与上一个版本不同,walminer2.0的代码完成了合并，使用同一份walminer代码可以对应各个版本的PG的编译安装。

编译安装

编译一：从PG源码编译

将walminer目录放置到编译通过的PG工程的"../contrib/"目录下

进入walminer目录，执行命令

make && make install

编译二：依据安装PG的编译

配置pg的bin路径至环境变量

export PATH=/h2/pg_install/bin:$PATH进入walminer代码路径

执行编译安装

USE_PGXS=1 MAJORVERSION=12 make
#MAJORVERSION支持‘9.5’,‘9.6’,‘10’,‘11’,‘12’,‘13’
USE_PGXS=1 MAJORVERSION=12 make install

walminer工具使用的标准步骤

walminer2.0与之前的版本一样，都支持在产生wal日志的数据库(生产库)或者在另外的数据库(测试库)执行walminer解析操作。所不同的是，在测试库解析过程需要首先在生产库生成数据字典，然后拿到测试库执行导入数据字典的操作。本博客主要讲述walminer2.0更新的使用接口，用生产库直接解析的方式进行说明，需要在测试库解析的同学可以去阅读下说明文档。

1. 编译安装

略...(不会的可以阅读说明文档或者邮件咨询我)

2. 创建extension

postgres=# create extension walminer;
CREATE EXTENSION
postgres=#

3. 清理walminer内存空间

postgres=# select walminer_stop();
  walminer_stop   
------------------
 walminer stoped!
(1 row)
postgres=#

为什么清理空间放在了最前面呢，如果在同一个session中执行多次解析，且有一次执行失败，有些数据可能会遗留在内存中，影响下一次的解析。因此如果你某一次执行解析失败，最好执行一下这个接口，清理一下遗留的内存数据。

4. 管理要解析的wal日志

添加wal日志段
postgres=# select walminer_wal_add('pg_wal');
  walminer_wal_add   
---------------------
 31 file add success
(1 row)
-- 或者
postgres=# select walminer_wal_add('/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal');
  walminer_wal_add   
---------------------
 31 file add success
(1 row)
-- 或者
postgres=# select walminer_wal_add('/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000072');
  walminer_wal_add  
--------------------
 1 file add success
(1 row)
查看添加的wal日志段
postgres=# select walminer_wal_list();
                     walminer_wal_list                     
-----------------------------------------------------------
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000072)
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000073)
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000074)
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000075)
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000076)
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000077)
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000078)
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/000000010000000000000079)
 (/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/00000001000000000000007A)
 ...
(31 rows)
postgres=#
移除wal段
postgres=# select walminer_wal_remove('/h2/pg_walminer_12/data/pg_wal/00000001000000000000007A');
  walminer_wal_remove  
-----------------------
 1 file remove success
(1 row)

目前仅支持一个文件一个文件的移除。

5. 执行解析

postgres=# select wal2sql();
NOTICE:  Switch wal to 000000010000000000000074 on time 2020-06-17 21:29:08.289991+08
    walminer_all     
---------------------
 pg_minerwal success
(1 row)
postgres=#

walminer2.0简化了解析函数的入参，同时也修改了解析函数的函数名。这里wal2sql()只是最简单的解析方式，还有更多的解析模式将会在下面给出。

6. 查询解析结果

postgres=# select * from walminer_contents;
-- 这里不显示结果了
postgres=# \d walminer_contents
                  Table "pg_temp_3.walminer_contents"
  Column   |           Type           | Collation | Nullable | Default 
-----------+--------------------------+-----------+----------+---------
 sqlno     | integer                  |           |          | 
 xid       | bigint                   |           |          | 
 topxid    | bigint                   |           |          | 
 sqlkind   | integer                  |           |          | 
 minerd    | boolean                  |           |          | 
 timestamp | timestamp with time zone |           |          | 
 op_text   | text                     |           |          | 
 undo_text | text                     |           |          | 
 complete  | boolean                  |           |          | 


/* 表walminer_contents 
(
 sqlno int,         --本条sql在其事务内的序号
 xid bigint,        --事务ID
 topxid bigint,     --如果为子事务，这是是其父事务；否则为0
 sqlkind int,       --sql类型1->insert;2->update;3->delete(待优化项目)
 minerd bool,       --解析结果是否完整(缺失checkpoint情况下可能无法解析出正确结果)
 timestamp timestampTz, --这个SQL所在事务提交的时间
 op_text text,      --sql
 undo_text text,    --undo sql
 complete bool      --如果为false，说明有可能这个sql所在的事务是不完整解析的
)*/

walminer 2.0 的解析模式

知识储备

因为在下面的说明中会提到relfilenode，这里补充一点关于表的oid和relfilenode的说明:

postgres=# select oid, relfilenode,relname from pg_class where relname ='t2';
  oid  | relfilenode | relname 
-------+-------------+---------
 90506 |       90506 | t2
(1 row)
postgres=# truncate t2;
TRUNCATE TABLE
postgres=# select oid, relfilenode,relname from pg_class where relname ='t2';
  oid  | relfilenode | relname 
-------+-------------+---------
 90506 |       98623 | t2
(1 row)
postgres=#

oid是表的唯一标识，relfilenode是表数据存放在硬盘的文件名的标识，在执行vacuum full;truncate等操作时，会导致表在硬盘上存储的文件名的改变，因此relfilenode也会改变。上面这个例子中，新建t2表时t2的oid和relfilenode是相同的,经过一次truncate后，relfilenode发生了改变。好了下面进行walminer2.0的功能讲述。

普通解析

walminer2.0支持如下解析方式：

-- 全部解析

select walminer_all(); 
或 select wal2sql();

-- 时间范围解析

select walminer_by_time(starttime, endtime); 
或 select wal2sql(starttime, endtime);

-- lsn范围解析

select walminer_by_lsn(startlsn, endlsn); 
或 select wal2sql(startlsn, endlsn);

-- xid解析(注：只支持指定xid，不支持xid范围，目前不支持子事务。)

select walminer_by_xid(xid); 
或 select wal2sql(xid);

实际操作

postgres=# create table t1(i int, j int, k varchar);
CREATE TABLE
postgres=# select pg_current_wal_lsn();
 pg_current_wal_lsn 
--------------------
 0/1645F10
(1 row)


postgres=# select now();
              now              
-------------------------------
 2020-06-17 22:46:07.992138+08
(1 row)


postgres=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
          499
(1 row)


postgres=# insert into t1 values(1,1,'test_walminer2.0');
INSERT 0 1
postgres=# insert into t1 values(2,1,'support_walminer2.0');
INSERT 0 1
postgres=# select pg_current_wal_lsn();
 pg_current_wal_lsn 
--------------------
 0/1646080
(1 row)


postgres=# select now();
              now              
-------------------------------
 2020-06-17 22:46:08.025568+08
(1 row)


postgres=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
          502
(1 row)


postgres=#
postgres=# select walminer_stop();
  walminer_stop   
------------------
 walminer stoped!
(1 row)


postgres=# select walminer_wal_add('pg_wal');
  walminer_wal_add  
--------------------
 1 file add success
(1 row)


postgres=# select walminer_by_time('2020-06-17 22:46:07.992138+08','2020-06-17 22:46:08.025568+08');
NOTICE:  Switch wal to 000000010000000000000001 on time 2020-06-17 22:48:30.429331+08
  walminer_by_time   
---------------------
 pg_minerwal success
(1 row)


postgres=# \x
Expanded display is on.
postgres=# select * from walminer_contents;
-- 这里我们不显示结果了
postgres=#

快捷解析

加载wal日志步骤可以省略，默认直接加载当前wal路径下的所有wal文件。这个解析模式只在学习本工具时使用，在生产数据库中，可能会因为wal段切换而导致解析失败。

依旧使用上面的数据做解析测试：

postgres=# select walminer_stop();
  walminer_stop   
------------------
 walminer stoped!
(1 row)


postgres=# select wal2sql('0/1645F10'::pg_lsn,'0/1646080'::pg_lsn);
NOTICE:  Add wal from current pg_wal directory, do not suggest use this way in produce
NOTICE:  Switch wal to 000000010000000000000001 on time 2020-06-17 22:53:52.470086+08
       wal2sql       
---------------------
 pg_minerwal success
(1 row)
postgres=# select * from walminer_contents;
-- 这里我们不显示结果了

精确解析

walminer的解析理论基础是在checkpoint之后对每一个数据页的第一次有意义的修改都要进行FPW，因此理论上只要找到了checkpoint点的开始点，那么walminer可以解析开始点(如下图的lsn1点)之后的所有记录(当然是在数据字典匹配的情况下)。如果用户想完全解析lsn2到lsn3之间的记录，可以使用精确解析模式，walminer会在加载的wal日志中查找lsn2之前的lsn1点，如果找到lsn1点那么此次精确解析可以完成，如果找不到lsn1点会报错停止解析，并要求用户添加更多wal日志。

精确解析模式支持时间范围解析、lsn范围解析和xid解析，如下解析语法，在普通解析模式下增加一个‘true’参数：

-- 时间范围解析

select walminer_by_time(starttime, endtime,'true'); 
或 select wal2sql(starttime, endtime,'true');

-- lsn范围解析

select walminer_by_lsn(startlsn, endlsn,'true'); 
或 select wal2sql(startlsn, endlsn,'true');

-- xid解析

select walminer_by_xid(xid,'true'); 
或 select wal2sql(xid,'true');

操作也很简单，这里也不再演示。

单表解析

只对指定表的解析，如下语法：

'true'和‘false’代表是否为精确解析模式，reloid为目标表的oid(注意**不是**relfilenode)

--在add的wal日志中查找对应时间范围的wal记录

select walminer_by_time(starttime, endtime,'false',reloid); 
或 select wal2sql(starttime, endtime,'true',reloid);

--在add的wal日志中查找对应lsn范围的wal记录

select walminer_by_lsn(startlsn, endlsn,'true',reloid); 
或 select wal2sql(startlsn, endlsn,'false',reloid);

--在add的wal日志中查找对应xid的wal记录

select walminer_by_xid(xid,'true',reloid);
或 select wal2sql(xid,'true',reloid);

操作也很简单，这里也不再演示。

化身解析

如果一个表被drop或者被truncate等操作，导致新产生的数据字典不包含旧的数据库中所包含的relfilenode，那么使用新的数据字典无法解析出旧的wal日志中包含的某些内容。在知晓旧表的表结构的前提下，可以使用化身解析模式。

-- 假设表t1被执行了vacuum full，执行vacuum full前的relfilenode为16384

-- 新建表t1的化身表

create table t1_avatar(i int);

-- 执行化身映射

select walminer_table_avatar(avatar_table_name, missed_relfilenode);

-- 执行解析

select wal2sql();

-- 查看解析结果时，会发现，对t1表的数据都以t1_avatar表的形式展现在输出结果中

实际操作

-- 测试数据准备

postgres=# select pg_current_wal_lsn(); pg_current_wal_lsn -------------------- 0/520D578(1 row)


postgres=# insert into t1 values(1,1,'test_walminer');
INSERT 0 1
postgres=# insert into t1 values(2,1,'support_walminer');
INSERT 0 1
postgres=# select relfilenode from pg_class where relname ='t1';
 relfilenode 
-------------
       49275
(1 row)

-- 这里执行了truncate导致t1表的relfilenode由49275变为49281

postgres=# truncate t1;
TRUNCATE TABLE
postgres=# select relfilenode from pg_class where relname ='t1';
 relfilenode 
-------------
       49281
(1 row)


postgres=# insert into t1 values(3,1,'after truncate');
INSERT 0 1
postgres=# insert into t1 values(4,1,'after truncate');
INSERT 0 1
postgres=# select pg_current_wal_lsn();
 pg_current_wal_lsn 
--------------------
 0/52123B0
(1 row)


postgres=#
-- 使用普通解析模式进行解析
postgres=# select wal2sql('0/520D578'::pg_lsn,'0/52123B0'::pg_lsn);
NOTICE:  Add wal from current pg_wal directory, do not suggest use this way in produce
NOTICE:  Switch wal to 000000010000000000000005 on time 2020-06-18 11:16:06.383658+08

-- 这里会通知，49275在数据字典里没有找到

NOTICE:  Con not find relfilenode 49275 in dictionary, ignored related records
       wal2sql       
---------------------
 pg_minerwal success
(1 row)
postgres=# \x
Expanded display is on.
postgres=# select * from walminer_contents;
-[ RECORD 1 ]-------------------------------------------------------------
sqlno     | 1
xid       | 268435484
topxid    | 0
sqlkind   | 1
minerd    | t
timestamp | 2020-06-18 11:14:45.380952+08
op_text   | INSERT INTO public.t1(i ,j ,k) VALUES(3 ,1 ,'after truncate')
undo_text | DELETE FROM public.t1 WHERE i=3 AND j=1 AND k='after truncate'
complete  | t
-[ RECORD 2 ]-------------------------------------------------------------
sqlno     | 1
xid       | 268435485
topxid    | 0
sqlkind   | 1
minerd    | t
timestamp | 2020-06-18 11:14:51.628774+08
op_text   | INSERT INTO public.t1(i ,j ,k) VALUES(4 ,1 ,'after truncate')
undo_text | DELETE FROM public.t1 WHERE i=4 AND j=1 AND k='after truncate'
complete  | t

-- 解析结果中也没有前面两条数据，如果我们想要解析出丢失的数据，可以使用化身解析模式

postgres=#

-- 演示化身解析模式

postgres=# select walminer_stop();
  walminer_stop   
------------------
 walminer stoped!
(1 row)
-- 创建化身表
postgres=# create table t1_avatar(i int,j int, k varchar);
CREATE TABLE

-- 创建丢失的49275与化身表的映射

postgres=# select walminer_table_avatar('t1_avatar', 49275);
    walminer_table_avatar    
-----------------------------
 MAP[t1_avatar:49296]->49275
(1 row)

-- 执行解析

postgres=# select wal2sql('0/520D578'::pg_lsn,'0/52123B0'::pg_lsn);
NOTICE:  Add wal from current pg_wal directory, do not suggest use this way in produce
NOTICE:  Switch wal to 000000010000000000000005 on time 2020-06-18 11:19:36.161709+08
       wal2sql       
---------------------
 pg_minerwal success
(1 row)

-- 查询解析结果，可以看到丢失的数据以t1_avatar表的形式，重新体现出来了

postgres=# \x
Expanded display is on.
postgres=# select * from walminer_contents;
-[ RECORD 1 ]----------------------------------------------------------------------
sqlno     | 1
xid       | 268435481
topxid    | 0
sqlkind   | 1
minerd    | t
timestamp | 2020-06-18 11:13:40.168623+08
op_text   | INSERT INTO public.t1_avatar(i ,j ,k) VALUES(1 ,1 ,'test_walminer')
undo_text | DELETE FROM public.t1_avatar WHERE i=1 AND j=1 AND k='test_walminer'
complete  | t
-[ RECORD 2 ]----------------------------------------------------------------------
sqlno     | 1
xid       | 268435482
topxid    | 0
sqlkind   | 1
minerd    | t
timestamp | 2020-06-18 11:13:48.141368+08
op_text   | INSERT INTO public.t1_avatar(i ,j ,k) VALUES(2 ,1 ,'support_walminer')
undo_text | DELETE FROM public.t1_avatar WHERE i=2 AND j=1 AND k='support_walminer'
complete  | t
-[ RECORD 3 ]----------------------------------------------------------------------
sqlno     | 1
xid       | 268435484
topxid    | 0
sqlkind   | 1
minerd    | t
timestamp | 2020-06-18 11:14:45.380952+08
op_text   | INSERT INTO public.t1(i ,j ,k) VALUES(3 ,1 ,'after truncate')
undo_text | DELETE FROM public.t1 WHERE i=3 AND j=1 AND k='after truncate'
complete  | t
-[ RECORD 4 ]----------------------------------------------------------------------
sqlno     | 1
xid       | 268435485
topxid    | 0
sqlkind   | 1
minerd    | t
timestamp | 2020-06-18 11:14:51.628774+08
op_text   | INSERT INTO public.t1(i ,j ,k) VALUES(4 ,1 ,'after truncate')
undo_text | DELETE FROM public.t1 WHERE i=4 AND j=1 AND k='after truncate'
complete  | t


postgres=#

另外在化身解析模式中，不检查数据字典与wal日志是否匹配的问题，也就是说，拿到一个wal日志之后，如果你知道某一个relfilenode对应的表的表结构，那么就可以在不需要数据字典的情况下，把这儿wal日志拿到另外的数据库做化身解析，有兴趣的同学可以尝试一下...

化身解析一定要注意表结构的匹配问题，否则极有可能会产生意外的崩溃(暂时还没有找到规避崩溃的方法)

walminer 2.0 的限制

1. 当前walminer无法处理数据字典不一致问题，walminer始终以给定的数据字典为准，对于无法处理的relfilenode，那么会丢弃这一条wal记录(会有一个notice出现)

2. complete属性只有在wallevel大于minimal时有效

3. xid解析模式不支持子事务

4. 同时只能有一个walminer解析进程，否则会出现解析混乱

5. 化身表不支持toast，化身表与原表结构不一致时会产生崩溃

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