Мой первый опыт восстановления базы данных Postgres после сбоя (invalid page in block 4123007 of relatton base/16490)

Хочу поделиться с вами моим первым успешным опытом восстановления полной работоспособности базы данных Postgres. С СУБД Postgres я познакомился пол года назад, до этого опыта администрирования баз данных у меня не было совсем.



Я работаю полу-DevOps инженером в крупной IT-компании. Наша компания занимается разработкой программного обеспечения для высоконагруженных сервисов, я же отвечаю за работоспособность, сопровождение и деплой. Передо мной поставили стандартную задачу: обновить приложение на одном сервере. Приложение написано на Django, во время обновления выполняются миграции (изменение структуры базы данных), и перед этим процессом мы снимаем полный дамп базы данных через стандартную программу pg_dump на всякий случай.

Во время снятия дампа возникла непредвиденная ошибка (версия Postgres – 9.5):

pg_dump: Oumping the contents of table “ws_log_smevlog” failed: PQgetResult() failed.
pg_dump: Error message from server: ERROR: invalid page in block 4123007 of relatton base/16490/21396989
pg_dump: The command was: COPY public.ws_log_smevlog [...]
pg_dunp: [parallel archtver] a worker process dled unexpectedly

Ошибка «invalid page in block» говорит о проблемах на уровне файловой системы, что очень нехорошо. На различных форумах предлагали сделать FULL VACUUM с опцией zero_damaged_pages для решения данной проблемы. Что же, попрробеум…

Подготовка к восстановлению

ВНИМАНИЕ! Обязательно сделайте резервную копию Postgres перед любой попыткой восстановить базу данных. Если у вас виртуальная машина, остановите базу данных и сделайте снепшот. Если нет возможности сделать снепшот, остановите базу и скопируйте содержимое каталога Postgres (включая wal-файлы) в надёжное место. Главное в нашем деле – не сделать хуже. Прочтите это.

Поскольку в целом база у меня работала, я ограничился обычным дампом базы данных, но исключил таблицу с повреждёнными данными (опция -T, --exclude-table=TABLE в pg_dump).

Сервер был физическим, снять снепшот было невозможно. Бекап снят, двигаемся дальше.

Проверка файловой системы

Перед попыткой восстановления базы данных необходимо убедиться, что у нас всё в порядке с самой файловой системой. И в случае ошибок исправить их, поскольку в противном случае можно сделать только хуже.

В моём случае файловая система с базой данных была примонтирована в «/srv» и тип был ext4.

Останавливаем базу данных: systemctl stop postgresql@9.5-main.service и проверяем, что файловая система никем не используется и её можно отмонтировать с помощью команды lsof:
lsof +D /srv

Мне пришлось ещё остановить базу данных redis, так как она тоже исползовала "/srv". Далее я отмонтировал /srv (umount).

Проверка файловой системы была выполнена с помощью утилиты e2fsck с ключиком -f (Force checking even if filesystem is marked clean):



Далее с помощью утилиты dumpe2fs (sudo dumpe2fs /dev/mapper/gu2--sys-srv | grep checked) можно убедиться, что проверка действительно была произведена:



e2fsck говорит, что проблем на уровне файловой системы ext4 не найдено, а это значит, что можно продолжать попытки восстановить базу данных, а точнее вернуться к vacuum full (само собой, необходимо примонтирвоать файловую систему обратно и запустить базу данных).

Если у вас сервер физический, то обязательно проверьте состояние дисков (через smartctl -a /dev/XXX) либо RAID-контроллера, чтобы убедиться, что проблема не на аппаратном уровне. В моём случае RAID оказался «железный», поэтому я попросил местного админа проверить состояние RAID (сервер был в нескольких сотнях километров от меня). Он сказал, что ошибок нет, а это значит, что мы точно можем начать восстановление.

Попытка 1: zero_damaged_pages

Подключаемся к базе через psql аккаунтом, обладающим правами суперпользователя. Нам нужен именно суперпользователь, т.к. опцию zero_damaged_pages может менять только он. В моём случае это postgres:

psql -h 127.0.0.1 -U postgres -s [database_name]

Опция zero_damaged_pages нужна для того, чтобы проигнорировать ошибки чтения (с сайта postgrespro):

При выявлении повреждённого заголовка страницы Postgres Pro обычно сообщает об ошибке и прерывает текущую транзакцию. Если параметр zero_damaged_pages включён, вместо этого система выдаёт предупреждение, обнуляет повреждённую страницу в памяти и продолжает обработку. Это поведение разрушает данные, а именно все строки в повреждённой странице.

Включаем опцию и пробуем делать full vacuum таблицы:

VACUUM FULL VERBOSE

К сожалению, неудача.

Мы столкнулись с аналогичной ошибкой:

INFO: vacuuming "“public.ws_log_smevlog”
WARNING: invalid page in block 4123007 of relation base/16400/21396989; zeroing out page
ERROR: unexpected chunk number 573 (expected 565) for toast value 21648541 in pg_toast_106070

pg_toast – механизм хранения «длинных данных» в Postgres, если они не помещаются в одну страницу (по умолчанию 8кб).

Попытка 2: reindex

Первый совет из гугла не помог. После нескольких минут поиска я нашёл второй совет – сделать reindex повреждённой таблицы. Этот совет я встречал во многих местах, но он не внушал доверия. Сделаем reindex:

reindex table ws_log_smevlog

reindex завершился без проблем.

Однако это не помогло, VACUUM FULL аварийно завершался с аналогичной ошибкой. Поскольку я привык к неудачам, я стал искать советов в интернете дальше и наткнулся на довольно интересную статью.

Попытка 3: SELECT, LIMIT, OFFSET

В статье выше предлагали посмотреть таблицу построчно и удалить проблемные данные. Для начала необходимо было просмотреть все строки:

for ((i=0; i<"Number_of_rows_in_nodes"; i++ )); do psql -U "Username" "Database Name" -c "SELECT * FROM nodes LIMIT 1 offset $i" >/dev/null || echo $i; done

В моём случае таблица содержала 1 628 991 строк! По-хорошему необходимо было позаботиться о партициирвоании данных, но это тема для отдельного обсуждения. Была суббота, я запустил вот эту команду в tmux и пошёл спать:

for ((i=0; i<1628991; i++ )); do psql -U my_user -d my_database -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog LIMIT 1 offset $i" >/dev/null || echo $i; done

К утру я решил проверить, как обстоят дела. К моему удивлению, я обнаружил, что за 20 часов было просканировано только 2% данных! Ждать 50 дней я не хотел. Очередной полный провал.

Но я не стал сдаваться. Мне стало интересно, почему же сканирование шло так долго. Из документации (опять на postgrespro) я узнал:

OFFSET указывает пропустить указанное число строк, прежде чем начать выдавать строки.
Если указано и OFFSET, и LIMIT, сначала система пропускает OFFSET строк, а затем начинает подсчитывать строки для ограничения LIMIT.

Применяя LIMIT, важно использовать также предложение ORDER BY, чтобы строки результата выдавались в определённом порядке. Иначе будут возвращаться непредсказуемые подмножества строк.

Очевидно, что вышенаписанная команда была ошибочной: во-первых, не было order by, результат мог получиться ошибочным. Во-вторых, Postgres сначала должен был просканировать и пропустить OFFSET-строк, и с возрастанием OFFSET производительность снижалась бы ещё сильнее.

Попытка 4: снять дамп в текстовом виде

Далее мне в голову пришла, казалось бы, гениальная идея: снять дамп в текстовом виде и проанализировать последнюю записанную строку.

Но для начала, ознакомимся со структурой таблицы ws_log_smevlog:



В нашем случае у нас есть столбец «id», который содержал уникальный идентификатор (счётчик) строки. План был такой:

1. Начинаем снимать дамп в текстовом виде (в виде sql-команд)
2. В определённый момент времени снятия дампа бы прервалось из-за ошибки, но тектовый файл всё равно сохранился бы на диске
3. Смотрим конец текстового файла, тем самым мы находим идентификатор (id) последней строки, которая снялась успешно

Я начал снимать дамп в текстовом виде:

pg_dump -U my_user -d my_database -F p -t ws_log_smevlog -f ./my_dump.dump

Снятия дампа, как и ожидалось, прервался с той же самой ошибкой:

pg_dump: Error message from server: ERROR: invalid page in block 4123007 of relatton base/16490/21396989

Далее через tail я просмотрел конец дампа (tail -5 ./my_dump.dump) обнаружил, что дамп прервался на строке с id 186 525. «Значит, проблема в строке с id 186 526, она битая, её и надо удалить!» – подумал я. Но, сделав запрос в базу данных:
«select * from ws_log_smevlog where id=186529» обнаружилось, что с этой строкой всё нормально… Строки с индексами 186 530 — 186 540 тоже работали без проблем. Очередная «гениальная идея» провалилась. Позже я понял, почему так произошло: при удалении\изменении данных из таблицы они не удаляются физически, а помечаются как «мёртвые кортежи», далее приходит autovacuum и помечает эти строки удалёнными и разрешает использовать эти строки повторно. Для понимания, если данные в таблице меняются и включён autovacuum, то они не хранятся последовательно.

Попытка 5: SELECT, FROM, WHERE id=

Неудачи делают нас сильнее. Не стоит никогда сдаваться, нужно идти до конца и верить в себя и свои возможности. Поэтому я решил попробовать ешё один вариант: просто просмотреть все записи в базе данных по одному. Зная структуру моей таблицы (см. выше), у нас есть поле id, которое является уникальным (первичным ключом). В таблице у нас 1 628 991 строк и id идут по порядку, а это значит, что мы можем просто перербрать их по одному:

for ((i=1; i<1628991; i=$((i+1)) )); do psql -U my_user -d my_database  -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id=$i" >/dev/null || echo $i; done

Если кто не понимает, команда работает следующим образом: просматривает построчно таблицу и отправляет stdout в /dev/null, но если команда SELECT проваливается, то выводится текст ошибки (stderr отправляется в консоль) и выводится строка, содержащая ошибку (благодаря ||, которая означает, что у select возникли проблемы (код возврата команды не 0)).

Мне повезло, у меня были созданы индексы по полю id:



А это значит, что нахождение строки с нужным id не должен занимать много времени. В теории должно сработать. Что же, запускаем команду в tmux и идём спать.

К утру я обнаружил, что просмотрено около 90 000 записей, что составляет чуть более 5%. Отличный результат, если сравнивать с предыдущим способом (2%)! Но ждать 20 дней не хотелось…

Попытка 6: SELECT, FROM, WHERE id >= and id <

У заказчика под БД был выделен отличный сервер: двухпроцессорный Intel Xeon E5-2697 v2, в нашем расположении было целых 48 потоков! Нагрузка на сервере была средняя, мы без особых проблем могли забрать около 20-ти потоков. Оперативной памяти тоже было достаточно: аж 384 гигабайт!

Поэтому команду нужно было распараллелить:

for ((i=1; i<1628991; i=$((i+1)) )); do psql -U my_user -d my_database  -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id=$i" >/dev/null || echo $i; done

Тут можно было написать красивый и элегантный скрипт, но я выбрал наиболее быстрый способ распараллеливания: разбить диапазон 0-1628991 вручную на интервалы по 100 000 записей и запустить отдельно 16 команд вида:

for ((i=N; i<M; i=$((i+1)) )); do psql -U my_user -d my_database  -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id=$i" >/dev/null || echo $i; done

Но это не всё. По идее, подключение к базе данных тоже отнимает какое-то время и системные ресурсы. Подключать 1 628 991 было не очень разумно, согласитесь. Поэтому давайте при одном подключении извлекать 1000 строк вместо одной. В итоге команда преобразилоась в это:

for ((i=N; i<M; i=$((i+1000)) )); do psql -U my_user -d my_database  -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id>=$i and id<$((i+1000))" >/dev/null || echo $i; done

Открываем 16 окон в сессии tmux и запускаем команды:

1) for ((i=0; i<100000; i=$((i+1000)) )); do psql -U my_user -d my_database  -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id>=$i and id<$((i+1000))" >/dev/null || echo $i; done
2) for ((i=100000; i<200000; i=$((i+1000)) )); do psql -U my_user -d my_database  -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id>=$i and id<$((i+1000))" >/dev/null || echo $i; done
…
15) for ((i=1400000; i<1500000; i=$((i+1000)) )); do psql -U my_user -d my_database -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id>=$i and id<$((i+1000))" >/dev/null || echo $i; done
16) for ((i=1500000; i<1628991; i=$((i+1000)) )); do psql -U my_user -d my_database  -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id>=$i and id<$((i+1000))" >/dev/null || echo $i; done

Через день я получил первые результаты! А именно (значения XXX и ZZZ уже не сохранились):

ERROR:  missing chunk number 0 for toast value 37837571 in pg_toast_106070
829000
ERROR:  missing chunk number 0 for toast value XXX in pg_toast_106070
829000
ERROR:  missing chunk number 0 for toast value ZZZ in pg_toast_106070
146000

Это значит, что у нас три строки содержат ошибку. id первой и второй проблемной записи находились между 829 000 и 830 000, id третьей – между 146 000 и 147 000. Далее нам предстояло просто найти точное значение id проблемных записей. Для этого просматриваем наш диапазон с проблемными записями с шагом 1 и идентифицируем id:

for ((i=829000; i<830000; i=$((i+1)) )); do psql -U my_user -d my_database -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id=$i" >/dev/null || echo $i; done
829417
ERROR:  unexpected chunk number 2 (expected 0) for toast value 37837843 in pg_toast_106070
829449
for ((i=146000; i<147000; i=$((i+1)) )); do psql -U my_user -d my_database -c "SELECT * FROM ws_log_smevlog where id=$i" >/dev/null || echo $i; done
829417
ERROR:  unexpected chunk number ZZZ (expected 0) for toast value XXX in pg_toast_106070
146911

Счастливый финал

Мы нашли проблемные строки. Заходим в базу через psql и пробуем их удалить:

my_database=# delete from ws_log_smevlog where id=829417;
DELETE 1
my_database=# delete from ws_log_smevlog where id=829449;
DELETE 1
my_database=# delete from ws_log_smevlog where id=146911;
DELETE 1

К моему удивлению, записи удалились без каких-либо проблем даже без опции zero_damaged_pages.

Затем я подключился к базе, сделал VACUUM FULL (думаю делать было необязательно), и, наконец, успешно снял бекап с помощью pg_dump. Дамп снялся без каких либо ошибок! Проблему удалось решить таким вот тупейшим способом. Радости не было предела, после стольких неудач удалось найти решение!

Благодарности и заключение

Вот такой получился мой первый опыт восстановления реальной базы данных Postgres. Этот опыт я запомню надолго.

Ну и напоследок, хотел бы сказать спасибо компании PostgresPro за переведённую документацию на русский язык и за полностью бесплатные online-курсы, которые очень сильно помогли во время анализа проблемы.