使用 BR 工具备份 TiDB 集群数据到兼容 S3 的存储

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2023-12-01

本文详细描述了如何将运行在 AWS Kubernetes 环境中的 TiDB 集群数据备份到 AWS 的存储上。BR 会在底层获取集群的逻辑备份，然后再将备份数据上传到 AWS 的存储上。

本文使用的备份方式基于 TiDB Operator v1.1 及以上版本的 Custom Resource Definition(CRD) 实现。

AWS 账号权限授予的三种方式

在 AWS 云环境中，不同的类型的 Kubernetes 集群提供了不同的权限授予方式。本文测试了以下三种权限授予方式:

通过传入 AWS 账号的 AccessKey 和 SecretKey 进行授权:
AWS 的客户端支持读取进程环境变量中的 AWS_ACCESS_KEY_ID 以及 AWS_SECRET_ACCESS_KEY 来获取与之相关联的用户或者角色的权限。
通过将 IAM 绑定 Pod 进行授权:
通过将用户的 IAM 角色与所运行的 Pod 资源进行绑定，使 Pod 中运行的进程获得角色所拥有的权限，这种授权方式是由 kube2iam 提供。
注意：
- 使用该授权模式时，可以参考kube2iam 文档 在 Kubernetes 集群中创建 kube2iam 环境，并且部署 TiDB Operator 以及 TiDB 集群。
- 该模式不适用于 hostNetwork 网络模式，请确保参数 spec.tikv.hostNetwork 的值为 false。
通过将 IAM 绑定 ServiceAccount 进行授权:
通过将用户的 IAM 角色与 Kubeneters 中的 serviceAccount 资源进行绑定，从而使得使用该 ServiceAccount 账号的 Pod 都拥有该角色所拥有的权限，这种授权方式由 EKS Pod Identity Webhook 服务提供。
使用该授权模式时，可以参考 AWS 官方文档创建 EKS 集群，并且部署 TiDB Operator 以及 TiDB 集群。

Ad-hoc 备份

Ad-hoc 备份支持全量备份与增量备份。Ad-hoc 备份通过创建一个自定义的 Backup Custom Resource (CR) 对象来描述一次备份。TiDB Operator 根据这个 Backup 对象来完成具体的备份过程。如果备份过程中出现错误，程序不会自动重试，此时需要手动处理。

目前 Ad-hoc 备份已经兼容以上三种授权模式，本文档提供如下备份示例。示例假设对部署在 Kubernetes test1 这个 namespace 中的 TiDB 集群 demo1 进行数据备份，下面是具体操作过程。

Ad-hoc 备份环境准备

通过 AccessKey 和 SecretKey 授权

下载文件 backup-rbac.yaml，并执行以下命令在 test1 这个 namespace 中创建备份需要的 RBAC 相关资源：
```
kubectl apply -f backup-rbac.yaml -n test1
```

创建 s3-secret secret。该 secret 存放用于访问 S3 兼容存储的凭证。

kubectl create secret generic s3-secret --from-literal=access_key=xxx --from-literal=secret_key=yyy --namespace=test1

创建 backup-demo1-tidb-secret secret。该 secret 存放用于访问 TiDB 集群的用户所对应的密码。
```
kubectl create secret generic backup-demo1-tidb-secret --from-literal=password=${password} --namespace=test1
```

通过 IAM 绑定 Pod 授权

下载文件 backup-rbac.yaml，并执行以下命令在 test1 这个 namespace 中创建备份需要的 RBAC 相关资源：
```
kubectl apply -f backup-rbac.yaml -n test1
```
创建 backup-demo1-tidb-secret secret。该 secret 存放用于访问 TiDB 集群的用户所对应的密码：
```
kubectl create secret generic backup-demo1-tidb-secret --from-literal=password=${password} --namespace=test1
```
创建 IAM 角色：
可以参考 AWS 官方文档来为账号创建一个 IAM 角色，并且通过 AWS 官方文档为 IAM 角色赋予需要的权限。由于 Backup 需要访问 AWS 的 S3 存储，所以这里给 IAM 赋予了 AmazonS3FullAccess 的权限。
绑定 IAM 到 TiKV Pod：
在使用 BR 备份的过程中，TiKV Pod 和 BR Pod 一样需要对 S3 存储进行读写操作，所以这里需要给 TiKV Pod 打上 annotation 来绑定 IAM 角色。
```
kubectl edit tc demo1 -n test1
```
找到 spec.tikv.annotations，增加 annotation iam.amazonaws.com/role: arn:aws:iam::123456789012:role/user，然后退出编辑，等到 TiKV Pod 重启后，查看 Pod 是否加上了这个 annotation。

注意：
arn:aws:iam::123456789012:role/user 为步骤 4 中创建的 IAM 角色。

通过 IAM 绑定 ServiceAccount 授权

下载文件 backup-rbac.yaml，并执行以下命令在 test1 这个 namespace 中创建备份需要的 RBAC 相关资源：
```
kubectl apply -f backup-rbac.yaml -n test2
```

创建 backup-demo1-tidb-secret secret。该 secret 存放用于访问 TiDB 集群的 root 账号和密钥：

kubectl create secret generic backup-demo1-tidb-secret --from-literal=password=${password} --namespace=test1

在集群上为服务帐户启用 IAM 角色：
可以参考 AWS 官方文档开启所在的 EKS 集群的 IAM 角色授权。
创建 IAM 角色：
可以参考 AWS 官方文档创建一个 IAM 角色，为角色赋予 AmazonS3FullAccess 的权限，并且编辑角色的 Trust relationships。

绑定 IAM 到 ServiceAccount 资源上：

kubectl annotate sa tidb-backup-manager -n eks.amazonaws.com/role-arn=arn:aws:iam::123456789012:role/user --namespace=test1

将 ServiceAccount 绑定到 TiKV Pod：
```
kubectl edit tc demo1 -n test1
```
将 spec.tikv.serviceAccount 修改为 tidb-backup-manager，等到 TiKV Pod 重启后，查看 Pod 的 serviceAccountName 是否有变化。

注意：
arn:aws:iam::123456789012:role/user 为步骤 4 中创建的 IAM 角色。

数据库账户权限

mysql.tidb 表的 SELECT 和 UPDATE 权限：备份前后，backup CR 需要一个拥有该权限的数据库账户，用于调整 GC 时间

使用 BR 备份数据到 Amazon S3 的存储

创建 Backup CR，通过 accessKey 和 secretKey 授权的方式备份集群:

kubectl apply -f backup-aws-s3.yaml

backup-aws-s3.yaml 文件内容如下：

---
apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: Backup
metadata:
  name: demo1-backup-s3
  namespace: test1
spec:
  backupType: full
  br:
    cluster: demo1
    clusterNamespace: test1
    # logLevel: info
    # statusAddr: ${status_addr}
    # concurrency: 4
    # rateLimit: 0
    # timeAgo: ${time}
    # checksum: true
    # sendCredToTikv: true
    # options:
    # - --lastbackupts=420134118382108673
  from:
    host: ${tidb_host}
    port: ${tidb_port}
    user: ${tidb_user}
    secretName: backup-demo1-tidb-secret
  s3:
    provider: aws
    secretName: s3-secret
    region: us-west-1
    bucket: my-bucket
    prefix: my-folder

创建 Backup CR，通过 IAM 绑定 Pod 授权的方式备份集群:

kubectl apply -f backup-aws-s3.yaml

backup-aws-s3.yaml 文件内容如下：

---
apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: Backup
metadata:
  name: demo1-backup-s3
  namespace: test1
  annotations:
    iam.amazonaws.com/role: arn:aws:iam::123456789012:role/user
spec:
  backupType: full
  br:
    cluster: demo1
    sendCredToTikv: false
    clusterNamespace: test1
    # logLevel: info
    # statusAddr: ${status_addr}
    # concurrency: 4
    # rateLimit: 0
    # timeAgo: ${time}
    # checksum: true
    # options:
    # - --lastbackupts=420134118382108673
  from:
    host: ${tidb_host}
    port: ${tidb_port}
    user: ${tidb_user}
    secretName: backup-demo1-tidb-secret
  s3:
    provider: aws
    region: us-west-1
    bucket: my-bucket
    prefix: my-folder

创建 Backup CR，通过 IAM 绑定 ServiceAccount 授权的方式备份集群:

kubectl apply -f backup-aws-s3.yaml

backup-aws-s3.yaml 文件内容如下：

---
apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: Backup
metadata:
  name: demo1-backup-s3
  namespace: test1
spec:
  backupType: full
  serviceAccount: tidb-backup-manager
  br:
    cluster: demo1
    sendCredToTikv: false
    clusterNamespace: test1
    # logLevel: info
    # statusAddr: ${status_addr}
    # concurrency: 4
    # rateLimit: 0
    # timeAgo: ${time}
    # checksum: true
    # options:
    # - --lastbackupts=420134118382108673
  from:
    host: ${tidb_host}
    port: ${tidb_port}
    user: ${tidb_user}
    secretName: backup-demo1-tidb-secret
  s3:
    provider: aws
    region: us-west-1
    bucket: my-bucket
    prefix: my-folder

以上三个示例分别使用三种授权模式将数据导出到 Amazon S3 存储上。Amazon S3 的 acl、endpoint、storageClass 配置项均可以省略。

Amazon S3 支持以下几种 access-control list (ACL) 策略：

private
public-read
public-read-write
authenticated-read
bucket-owner-read
bucket-owner-full-control

如果不设置 ACL 策略，则默认使用 private 策略。这几种访问控制策略的详细介绍参考 AWS 官方文档。

Amazon S3 支持以下几种 storageClass 类型：

STANDARD
REDUCED_REDUNDANCY
STANDARD_IA
ONEZONE_IA
GLACIER
DEEP_ARCHIVE

如果不设置 storageClass，则默认使用 STANDARD_IA。这几种存储类型的详细介绍参考 AWS 官方文档。

创建好 Backup CR 后，可通过如下命令查看备份状态：

kubectl get bk -n test1 -o wide

更多 Backup CR 字段的详细解释:

.spec.metadata.namespace：Backup CR 所在的 namespace。
.spec.tikvGCLifeTime：备份中的临时 tikv_gc_lifetime 时间设置，默认为 72h。
在备份开始之前，若 TiDB 集群的 tikv_gc_lifetime 小于用户设置的 spec.tikvGCLifeTime，为了保证备份的数据不被 TiKV GC 掉，TiDB Operator 会在备份前调节 tikv_gc_lifetime 为 spec.tikvGCLifeTime。
备份结束后不论成功或者失败，只要老的 tikv_gc_lifetime 比设置的 .spec.tikvGCLifeTime 小，TiDB Operator 都会尝试恢复 tikv_gc_lifetime 为备份前的值。在极端情况下，TiDB Operator 访问数据库失败会导致 TiDB Operator 无法自动恢复 tikv_gc_lifetime 并认为备份失败。
此时，可以通过下述语句查看当前 TiDB 集群的 tikv_gc_lifetime：
```
select VARIABLE_NAME, VARIABLE_VALUE from mysql.tidb where VARIABLE_NAME like "tikv_gc_life_time";
```
如果发现 tikv_gc_lifetime 值过大（通常为 10m），则需要按照调节 tikv_gc_lifetime 将 tikv_gc_lifetime 调回原样。
.spec.cleanPolicy：备份集群后删除备份 CR 时的备份文件清理策略。目前支持三种清理策略：
- Retain：任何情况下，删除备份 CR 时会保留备份出的文件
- Delete：任何情况下，删除备份 CR 时会删除备份出的文件
- OnFailure：如果备份中失败，删除备份 CR 时会删除备份出的文件
  如果不配置该字段，或者配置该字段的值为上述三种以外的值，均会保留备份出的文件。值得注意的是，在 v1.1.2 以及之前版本不存在该字段，且默认在删除 CR 的同时删除备份的文件。若 v1.1.3 及之后版本的用户希望保持该行为，需要设置该字段为 Delete。
.spec.from.host：待备份 TiDB 集群的访问地址，为需要导出的 TiDB 的 service name，例如 basic-tidb。
.spec.from.port：待备份 TiDB 集群的访问端口。
.spec.from.user：待备份 TiDB 集群的访问用户。
.spec.from.tidbSecretName：待备份 TiDB 集群 .spec.from.user 用户的密码所对应的 secret。
.spec.from.tlsClientSecretName：指定备份使用的存储证书的 Secret。
如果 TiDB 集群开启了 TLS，但是不想使用文档中创建的 ${cluster_name}-cluster-client-secret 进行备份，可以通过这个参数为备份指定一个 Secret，可以通过如下命令生成：
```
kubectl create secret generic ${secret_name} --namespace=${namespace} --from-file=tls.crt=${cert_path} --from-file=tls.key=${key_path} --from-file=ca.crt=${ca_path}
```
.spec.tableFilter：备份时指定让 BR 备份符合 table-filter 规则的表。默认情况下该字段可以不用配置。当不配置时，BR 会备份除系统库以外的所有数据库：
注意：
tableFilter 如果要写排除规则导出除 db.table 的所有表，"!db.table" 前必须先添加 *.* 规则来导出所有表，如下面例子所示：
```
tableFilter:
- "*.*"
- "!db.table"
```

以上示例中，.spec.br 中的一些参数项均可省略，如 logLevel、statusAddr、concurrency、rateLimit、checksum、timeAgo、sendCredToTikv。

自 v1.1.6 版本起，如果需要增量备份，只需要在 spec.br.options 中指定上一次的备份时间戳 --lastbackupts 即可。有关增量备份的限制，可参考使用 BR 进行备份与恢复。

.spec.br.cluster：代表需要备份的集群名字。
.spec.br.clusterNamespace：代表需要备份的集群所在的 namespace。
.spec.br.logLevel：代表日志的级别。默认为 info。
.spec.br.statusAddr：为 BR 进程监听一个进程状态的 HTTP 端口，方便用户调试。如果不填，则默认不监听。
.spec.br.concurrency：备份时每一个 TiKV 进程使用的线程数。备份时默认为 4，恢复时默认为 128。
.spec.br.rateLimit：是否对流量进行限制。单位为 MB/s，例如设置为 4 代表限速 4 MB/s，默认不限速。
.spec.br.checksum：是否在备份结束之后对文件进行验证。默认为 true。
.spec.br.timeAgo：备份 timeAgo 以前的数据，默认为空（备份当前数据），支持 "1.5h", "2h45m" 等数据。
.spec.br.sendCredToTikv：BR 进程是否将自己的 AWS 权限传输给 TiKV 进程。默认为 true。
.spec.br.options：BR 工具支持的额外参数，需要以字符串数组的形式传入。自 v1.1.6 版本起支持该参数。可用于指定 lastbackupts 以进行增量备份。

更多支持的兼容 S3 的 provider 如下：

alibaba：Alibaba Cloud Object Storage System (OSS) formerly Aliyun
digitalocean：Digital Ocean Spaces
dreamhost：Dreamhost DreamObjects
ibmcos：IBM COS S3
minio：Minio Object Storage
netease：Netease Object Storage (NOS)
wasabi：Wasabi Object Storage
other：Any other S3 compatible provider

定时全量备份

用户通过设置备份策略来对 TiDB 集群进行定时备份，同时设置备份的保留策略以避免产生过多的备份。定时全量备份通过自定义的 BackupSchedule CR 对象来描述。每到备份时间点会触发一次全量备份，定时全量备份底层通过 Ad-hoc 全量备份来实现。下面是创建定时全量备份的具体步骤：

定时全量备份环境准备

同使用 BR 定时备份数据到 Amazon S3 的存储

创建 BackupSchedule CR，开启 TiDB 集群定时全量备份，通过 accessKey 和 secretKey 授权的方式备份集群：

kubectl apply -f backup-scheduler-aws-s3.yaml

backup-scheduler-aws-s3.yaml 文件内容如下：

---
apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: BackupSchedule
metadata:
  name: demo1-backup-schedule-s3
  namespace: test1
spec:
  #maxBackups: 5
  #pause: true
  maxReservedTime: "3h"
  schedule: "*/2 * * * *"
  backupTemplate:
    backupType: full
    br:
      cluster: demo1
      clusterNamespace: test1
      # logLevel: info
      # statusAddr: ${status_addr}
      # concurrency: 4
      # rateLimit: 0
      # timeAgo: ${time}
      # checksum: true
      # sendCredToTikv: true
    from:
      host: ${tidb_host}
      port: ${tidb_port}
      user: ${tidb_user}
      secretName: backup-demo1-tidb-secret
    s3:
      provider: aws
      secretName: s3-secret
      region: us-west-1
      bucket: my-bucket
      prefix: my-folder

创建 BackupSchedule CR，开启 TiDB 集群定时全量备份，通过 IAM 绑定 Pod 授权的方式备份集群：

kubectl apply -f backup-scheduler-aws-s3.yaml

backup-scheduler-aws-s3.yaml 文件内容如下：

---
apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: BackupSchedule
metadata:
  name: demo1-backup-schedule-s3
  namespace: test1
  annotations:
    iam.amazonaws.com/role: arn:aws:iam::123456789012:role/user
spec:
  #maxBackups: 5
  #pause: true
  maxReservedTime: "3h"
  schedule: "*/2 * * * *"
  backupTemplate:
    backupType: full
    br:
      cluster: demo1
      sendCredToTikv: false
      clusterNamespace: test1
      # logLevel: info
      # statusAddr: ${status_addr}
      # concurrency: 4
      # rateLimit: 0
      # timeAgo: ${time}
      # checksum: true
    from:
      host: ${tidb_host}
      port: ${tidb_port}
      user: ${tidb_user}
      secretName: backup-demo1-tidb-secret
    s3:
      provider: aws
      region: us-west-1
      bucket: my-bucket
      prefix: my-folder

创建 BackupSchedule CR，开启 TiDB 集群定时全量备份，通过 IAM 绑定 ServiceAccount 授权的方式备份集群：

kubectl apply -f backup-scheduler-aws-s3.yaml

backup-scheduler-aws-s3.yaml 文件内容如下：

---
apiVersion: pingcap.com/v1alpha1
kind: BackupSchedule
metadata:
  name: demo1-backup-schedule-s3
  namespace: test1
spec:
  #maxBackups: 5
  #pause: true
  maxReservedTime: "3h"
  schedule: "*/2 * * * *"
  serviceAccount: tidb-backup-manager
  backupTemplate:
    backupType: full
    br:
      cluster: demo1
      sendCredToTikv: false
      clusterNamespace: test1
      # logLevel: info
      # statusAddr: ${status_addr}
      # concurrency: 4
      # rateLimit: 0
      # timeAgo: ${time}
      # checksum: true
    from:
      host: ${tidb_host}
      port: ${tidb_port}
      user: ${tidb_user}
      secretName: backup-demo1-tidb-secret
    s3:
      provider: aws
      region: us-west-1
      bucket: my-bucket
      prefix: my-folder

定时全量备份创建完成后，可以通过以下命令查看定时全量备份的状态：

kubectl get bks -n test1 -o wide

查看定时全量备份下面所有的备份条目：

kubectl get bk -l tidb.pingcap.com/backup-schedule=demo1-backup-schedule-s3 -n test1

从以上两个示例可知，backupSchedule 的配置由两部分组成。一部分是 backupSchedule 独有的配置，另一部分是 backupTemplate。backupTemplate 指定 S3 兼容存储相关的配置，该配置与 Ad-hoc 备份到兼容 S3 的存储配置完全一样，可参考。如果同时设置最大备份保留个数和最长备份保留时间，则以最长备份保留时间为准。

.spec.schedule：Cron 的时间调度格式。具体格式可参考 Cron。

.spec.pause：该值默认为 false。如果将该值设置为 true，表示暂停定时调度。此时即使到了调度时间点，也不会进行备份。在定时备份暂停期间，备份 Garbage Collection (GC) 仍然正常进行。将 true 改为 false 则重新开启定时全量备份。

删除备份的 backup CR

用户可以通过下述语句来删除对应的备份 CR 或定时全量备份 CR。

kubectl delete backup ${name} -n ${namespace}
kubectl delete backupschedule ${name} -n ${namespace}

如果你使用 v1.1.2 及以前版本，或使用 v1.1.3 及以后版本并将 spec.cleanPolicy 设置为 Delete 时，TiDB Operator 在删除 CR 时会同时删除备份文件。

在满足上述条件时，如果需要删除 namespace，建议首先删除所有的 Backup/BackupSchedule CR，再删除 namespace。

如果直接删除存在 Backup/BackupSchedule CR 的 namespace，TiDB Operator 会持续尝试创建 Job 清理备份的数据，但因为 namespace 处于 Terminating 状态而创建失败，从而导致 namespace 卡在该状态。

这时需要通过下述命令删除 finalizers：

kubectl edit backup ${name} -n ${namespace}

删除 metadata.finalizers 配置，即可正常删除 CR。

故障诊断

在使用过程中如果遇到问题，可以参考故障诊断。