PostgreSQL 数据库跨版本升级常用方案

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文章目录

- 升级方案概述
- 通过逻辑备份与还原进行升级
- 利用 pg_upgrade 工具进行升级
- 使用逻辑复制功能进行升级
- 总结

大家好，我是只谈技术不剪发的 Tony 老师。对于企业而言，将数据库系统升级到新版本通常可以获得更好的性能、更多的功能、最新的安全补丁和错误修复等。因此，本文就来介绍一下 PostgreSQL 数据库版本升级的 3 种常用方案。

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升级方案概述

PostgreSQL 版本号由主要版本和次要版本组成。例如，PostgreSQL 12.4 中的 12 是主要版本，4 是次要版本；PostgreSQL 10.0 之前的版本由 3 个数字组成，例如 9.6.19，其中 9.6 是主要版本，19 是次要版本。

发布次要版本是不会改变内存的存储格式，因此总是和相同的主要版本兼容。例如，PostgreSQL 12.4 和 PostgreSQL 12.0 以及后续的 PostgreSQL 12.x 兼容。对于这些兼容版本的升级非常简单，只需要关闭数据库服务，安装替换二进制的可执行文件，重新启动服务即可。

接下来，我们主要讨论 PostgreSQL 的跨版本升级问题，例如从 PostgreSQL 12.x 升级到 PostgreSQL 13.y。主要版本的升级可能会修改内部数据的存储格式，因此需要执行额外的操作。常用的跨版本升级方法和适用场景如下：

升级方法	适用场景	停机时间
逻辑备份与还原	中小型数据库，例如小于 100 GB 支持跨平台数据迁移	取决于数据库的大小
pg_upgrade 工具	大中型数据库，例如大于 100 GB 本机就地升级	几分钟
逻辑复制	大中型数据库，例如大于 100 GB 跨平台支持	几秒钟

📝如果使用厂商提供的 PostgreSQL 定制版本，也可能通过他们提供的工具实现版本升级，具体参考相关文档。

注意事项：升级主要版本通过会导致用户可见的不兼容性，因此应用程序可能需要进行相应的修改。具体的变化可以参考发行说明，尤其是“Migration”部分的内容；如果跨多个主要版本进行升级，需要阅读每个中间版本的发行说明。

通过逻辑备份与还原进行升级

传统的跨版本升级方法利用 pg_dump/pg_dumpall 逻辑备份导出数据库，然后在新版本中通过 pg_restore 进行还原。导出旧版本数据库时推荐使用新版本的 pg_dump/pg_dumpall 工具，可以利用最新的并行导出和还原功能，同时可以减少数据库膨胀问题。

逻辑备份与还原非常简单但速度比较慢，停机时间取决于数据库的大小，因此适合中小型数据库的升级。

下面我们介绍这种升级方法的具体操作，假如当前 PostgreSQL 软件的安装目录位于 /usr/local/pgsql，同时数据目录位于 /usr/local/pgsql/data，我们在同一台服务器上进行升级。

执行逻辑备份之前停止应用程序，确保没有数据更新，因为备份开始后的更新不会被导出。如有必要，可以修改 /usr/local/pgsql/data/pg_hba.conf 文件禁止其他人访问数据库。

然后备份数据库：
```
pg_dumpall > outputfile
```
如果已经安装了新版本的 PostgreSQL，可以使用新版本的 pg_dumpall 命令备份旧版本数据库。
停止旧版本的后台服务：
```
pg_ctl stop
```
或者通过其他方式停止后台服务。
如果安装目录没有包含特定版本标识，可以将目录改名，必要时可以再修改回来。可以使用类似以下的命令重命名目录：
```
mv /usr/local/pgsql /usr/local/pgsql.old
```
安装新版本 PostgreSQL 软件，假如安装目录仍然是 /usr/local/pgsql。
初始化一个新的数据库集群，需要使用数据库专用用户（通常是 postgres；如果是升级版本，应该已经存在该用户）执行操作：
```
/usr/local/pgsql/bin/initdb -D /usr/local/pgsql/data
```
将旧版本配置文件 pg_hba.conf 和 postgresql.conf 等中的改动在对应的新配置文件中再次进行修改。
使用数据库专用用户启动新版本的后台服务：
```
 /usr/local/pgsql/bin/postgres -D /usr/local/pgsql/data
```
最后，利用新版本的 psql 命令还原数据：
```
/usr/local/pgsql/bin/psql -d postgres -f outputfile
```

为了减少停机时间，可以将新版本的 PostgreSQL 安装到另一个目录（例如 /usr/local/pgsql-13），同时使用不同的端口启动服务。然后同时执行数据库的导出和导入：

pg_dumpall -p 5432 | psql -d postgres -p 5433

执行以上操作时，新旧版本的后台服务同时运行，新版本使用 5433 端口，旧版本使用 5432 端口。

利用 pg_upgrade 工具进行升级

pg_upgrade 工具可以支持 PostgreSQL 跨版本的就地升级，不需要执行导出和导入操作。pg_upgrade 可以支持 PostgreSQL 8.4.X 到最新版本的升级，包括快照版本和测试版本。

pg_upgrade 提供了升级前的兼容性检查（-c 或者 --check 选项）功能，可以发现插件、数据类型不兼容等问题。如果指定了 --link 选项，新版本服务可以直接使用原有的数据库文件而不需要执行复制，通常可以在几分钟内完成升级操作。

下面我们介绍这种升级方法的具体操作，假如当前 PostgreSQL 软件的安装目录位于 /usr/pgsql-12/，同时数据目录位于 /var/lib/pgsql/12/data/，我们将其升级为 PostgreSQL 13。

确定没有客户端访问之后备份数据库，然后停止旧版本的后台服务。例如 CentOS 可以执行以下命令：
```
sudo systemctl stop postgresql-12
sudo systemctl disable postgresql-12
```
安装新版本的 PostgreSQL 软件。例如 PostgreSQL 13.0，安装目录位于 /usr/pgsql-13/。
初始化新版本的数据库集群。数据目录设置为 /var/lib/pgsql/13/data/。
如果旧版本中安装了扩展模块，在新版本中也需要安装相应的共享对象文件或者 DLL 文件。但是不要执行CREATE EXTENSION命令，因为会从旧数据库中进行升级。另外，如果使用了任何自定义的全文搜索文件（字典、同义词、词库、停用词），也需要复制到新的数据库集群目录中。
停止新版本的后台服务。例如 CentOS 可以执行以下命令：
```
sudo systemctl stop postgresql-13
```
通过 pg_upgrade 执行升级操作，使用数据库专用用户（通常是 postgres）执行以下操作：
```
/usr/pgsql-13/bin/pg_upgrade \--old-datadir /var/lib/pgsql/12/data/ \--new-datadir /var/lib/pgsql/13/data/ \--old-bindir /usr/pgsql-12/bin/ \--new-bindir /usr/pgsql-13/bin/ \--check
```
其中 --check 表示执行升级检查，而不会真的执行升级操作。通过检查之后，可以去掉该参数执行升级：
```
/usr/pgsql-13/bin/pg_upgrade \--old-datadir /var/lib/pgsql/12/data/ \--new-datadir /var/lib/pgsql/13/data/ \--old-bindir /usr/pgsql-12/bin/ \--new-bindir /usr/pgsql-13/bin/ \--link
```
其中 --link 表示将新版本的数据目录硬链接到旧版本的数据目录，而不会复制一份新的数据文件，可以快速进行升级。
将旧版本配置文件 pg_hba.conf 和 postgresql.conf 等中的改动在对应的新配置文件中再次进行修改。

启动新版本的后台服务。例如 CentOS 可以执行以下命令：

sudo systemctl start postgresql-13
sudo systemctl enable postgresql-13

连接服务器查看数据库的版本信息：

SELECT version();
version                                                                                                |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------|
PostgreSQL 13.0 on x86_64-pc-linux-gnu, compiled by gcc (GCC) 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-39), 64-bit|

收集统计信息。pg_upgrade 不会生成新版本数据库的统计信息，但是会创建一个脚本文件，执行该文件：
```
./analyze_new_cluster.sh
```
如果确认升级成功，可以选择删除或者保留旧的数据库软件和集群。pg_upgrade 同样提供了一个删除旧数据库集群的脚本：
```
  ./delete_old_cluster.sh
```
然后可以删除旧版本的 PostgreSQL 软件，例如 CentOS 可以执行以下命令：
```
yum remove postgresql12*
```
如果想要回退到旧版本的数据库，可以分为不同的情况：
- 如果只运行了 --check 选项命令，表示没有真正执行升级，重新启动服务即可；
- 如果升级时没有使用 --link 选项，旧版本的数据库集群没有任何修改，重新启动服务即可；
- 如果升级时使用了 --link 选项，数据库文件可能已经被新版本的集群使用：
  - 如果 pg_upgrade 在链接操作之前终止，旧版本的数据库集群没有任何修改，重新启动服务即可；
  - 如果没有启动过新版本的后台服务，旧版本的数据库集群没有修改，但是链接过程已经将 $PGDATA/global/pg_control 文件重命名为 $PGDATA/global/pg_control.old；此时需要将该文件名中的 .old 后缀去掉，然后重新启动服务即可；
  - 如果已经启动了新版本的数据库集群，已经修改了数据库文件，再启动旧版本的服务可能导致数据损坏；此时需要通过备份文件还原旧版本的数据库。

关于 pg_upgrade 的详细使用和升级注意事项，例如流复制结构和日志传输复制结构中备用节点的升级，可以参考官方文档。

使用逻辑复制功能进行升级

逻辑复制

PostgreSQL 逻辑复制支持跨版本之间的数据复制，而且支持不同平台之间的复制，因此也可以用于实现版本升级。我们可以安装一个新版本的数据库作为复制的从节点，当数据已经同步时执行一次主从切换，然后关闭旧版本的主节点。主从切换的升级方法通常只需要几秒钟就能完成，利用第三方高可用组件甚至可以实现零停机时间升级。

PostgreSQL 10 开始提供了内置的逻辑复制功能，或者也可以使用 pglogical、Slony、Londiste 以及 Bucardo 等逻辑复杂工具。

关于 PostgreSQL 逻辑复制结构的创建和主从切换，可以参考官方文档。