對(duì)于企業(yè)而言，將數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)升級(jí)到新版本通?？梢垣@得更好的性能、更多的功能、最新的安全補(bǔ)丁和錯(cuò)誤修復(fù)等。因此，本文就來(lái)介紹一下 PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)版本升級(jí)的三種常用方案。

升級(jí)方案概述

PostgreSQL 版本號(hào)由主要版本和次要版本組成。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 個(gè)數(shù)字組成，例如 9.6.19，其中 9.6 是主要版本，19 是次要版本。

發(fā)布次要版本是不會(huì)改變內(nèi)存的存儲(chǔ)格式，因此總是和相同的主要版本兼容。例如，PostgreSQL 12.4 和 PostgreSQL 12.0 以及后續(xù)的 PostgreSQL 12.x 兼容。對(duì)于這些兼容版本的升級(jí)非常簡(jiǎn)單，只需要關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，安裝替換二進(jìn)制的可執(zhí)行文件，重新啟動(dòng)服務(wù)即可。

接下來(lái)，我們主要討論 PostgreSQL 的跨版本升級(jí)問(wèn)題，例如從 PostgreSQL 12.x 升級(jí)到 PostgreSQL 13.y。主要版本的升級(jí)可能會(huì)修改內(nèi)部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式，因此需要執(zhí)行額外的操作。常用的跨版本升級(jí)方法和適用場(chǎng)景如下：

??如果使用廠商提供的 PostgreSQL 定制版本，也可能通過(guò)他們提供的工具實(shí)現(xiàn)版本升級(jí)，具體參考相關(guān)文檔。

注意事項(xiàng)：升級(jí)主要版本通過(guò)會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)可見(jiàn)的不兼容性，因此應(yīng)用程序可能需要進(jìn)行相應(yīng)的修改。具體的變化可以參考發(fā)行說(shuō)明，尤其是“Migration”部分的內(nèi)容；如果跨多個(gè)主要版本進(jìn)行升級(jí)，需要閱讀每個(gè)中間版本的發(fā)行說(shuō)明。

通過(guò)邏輯備份與還原進(jìn)行升級(jí)

傳統(tǒng)的跨版本升級(jí)方法利用 pg_dump/pg_dumpall 邏輯備份導(dǎo)出數(shù)據(jù)庫(kù)，然后在新版本中通過(guò) pg_restore 進(jìn)行還原。導(dǎo)出舊版本數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)推薦使用新版本的 pg_dump/pg_dumpall 工具，可以利用最新的并行導(dǎo)出和還原功能，同時(shí)可以減少數(shù)據(jù)庫(kù)膨脹問(wèn)題。

邏輯備份與還原非常簡(jiǎn)單但速度比較慢，停機(jī)時(shí)間取決于數(shù)據(jù)庫(kù)的大小，因此適合中小型數(shù)據(jù)庫(kù)的升級(jí)。

下面我們介紹這種升級(jí)方法的具體操作，假如當(dāng)前 PostgreSQL 軟件的安裝目錄位于 /usr/local/pgsql，同時(shí)數(shù)據(jù)目錄位于 /usr/local/pgsql/data，我們?cè)谕慌_(tái)服務(wù)器上進(jìn)行升級(jí)。

執(zhí)行邏輯備份之前停止應(yīng)用程序，確保沒(méi)有數(shù)據(jù)更新，因?yàn)閭浞蓍_(kāi)始后的更新不會(huì)被導(dǎo)出。如有必要，可以修改 /usr/local/pgsql/data/pg_hba.conf 文件禁止其他人訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

然后備份數(shù)據(jù)庫(kù)：

pg_dumpall > outputfile

如果已經(jīng)安裝了新版本的 PostgreSQL，可以使用新版本的 pg_dumpall 命令備份舊版本數(shù)據(jù)庫(kù)。

停止舊版本的后臺(tái)服務(wù)：

pg_ctl stop

或者通過(guò)其他方式停止后臺(tái)服務(wù)。

如果安裝目錄沒(méi)有包含特定版本標(biāo)識(shí)，可以將目錄改名，必要時(shí)可以再修改回來(lái)。可以使用類(lèi)似以下的命令重命名目錄：

mv /usr/local/pgsql /usr/local/pgsql.old

安裝新版本 PostgreSQL 軟件，假如安裝目錄仍然是 /usr/local/pgsql。

初始化一個(gè)新的數(shù)據(jù)庫(kù)集群，需要使用數(shù)據(jù)庫(kù)專(zhuān)用用戶(hù)（通常是 postgres；如果是升級(jí)版本，應(yīng)該已經(jīng)存在該用戶(hù)）執(zhí)行操作：

/usr/local/pgsql/bin/initdb -D /usr/local/pgsql/data

將舊版本配置文件 pg_hba.conf 和 postgresql.conf 等中的改動(dòng)在對(duì)應(yīng)的新配置文件中再次進(jìn)行修改。

使用數(shù)據(jù)庫(kù)專(zhuān)用用戶(hù)啟動(dòng)新版本的后臺(tái)服務(wù)：

/usr/local/pgsql/bin/postgres -D /usr/local/pgsql/data

最后，利用新版本的 psql 命令還原數(shù)據(jù)：

/usr/local/pgsql/bin/psql -d postgres -f outputfile

為了減少停機(jī)時(shí)間，可以將新版本的 PostgreSQL 安裝到另一個(gè)目錄（例如 /usr/local/pgsql-13），同時(shí)使用不同的端口啟動(dòng)服務(wù)。然后同時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)的導(dǎo)出和導(dǎo)入：

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

執(zhí)行以上操作時(shí)，新舊版本的后臺(tái)服務(wù)同時(shí)運(yùn)行，新版本使用 5433 端口，舊版本使用 5432 端口。

利用 pg_upgrade 工具進(jìn)行升級(jí)

pg_upgrade 工具可以支持 PostgreSQL 跨版本的就地升級(jí)，不需要執(zhí)行導(dǎo)出和導(dǎo)入操作。pg_upgrade 可以支持 PostgreSQL 8.4.X 到最新版本的升級(jí)，包括快照版本和測(cè)試版本。

pg_upgrade 提供了升級(jí)前的兼容性檢查（-c 或者 --check 選項(xiàng)）功能， 可以發(fā)現(xiàn)插件、數(shù)據(jù)類(lèi)型不兼容等問(wèn)題。如果指定了 --link 選項(xiàng)，新版本服務(wù)可以直接使用原有的數(shù)據(jù)庫(kù)文件而不需要執(zhí)行復(fù)制，通?？梢栽趲追昼妰?nèi)完成升級(jí)操作。

下面我們介紹這種升級(jí)方法的具體操作，假如當(dāng)前 PostgreSQL 軟件的安裝目錄位于 /usr/pgsql-12/，同時(shí)數(shù)據(jù)目錄位于 /var/lib/pgsql/12/data/，我們將其升級(jí)為 PostgreSQL 13。

確定沒(méi)有客戶(hù)端訪問(wèn)之后備份數(shù)據(jù)庫(kù)，然后停止舊版本的后臺(tái)服務(wù)。例如 CentOS 可以執(zhí)行以下命令：

sudo systemctl stop postgresql-12
sudo systemctl disable postgresql-12

安裝新版本的 PostgreSQL 軟件。例如 PostgreSQL 13.0，安裝目錄位于 /usr/pgsql-13/。

初始化新版本的數(shù)據(jù)庫(kù)集群。數(shù)據(jù)目錄設(shè)置為 /var/lib/pgsql/13/data/。

如果舊版本中安裝了擴(kuò)展模塊，在新版本中也需要安裝相應(yīng)的共享對(duì)象文件或者 DLL 文件。但是不要執(zhí)行CREATE EXTENSION命令，因?yàn)闀?huì)從舊數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行升級(jí)。另外，如果使用了任何自定義的全文搜索文件（字典、同義詞、詞庫(kù)、停用詞），也需要復(fù)制到新的數(shù)據(jù)庫(kù)集群目錄中。

停止新版本的后臺(tái)服務(wù)。例如 CentOS 可以執(zhí)行以下命令：

sudo systemctl stop postgresql-13

通過(guò) pg_upgrade 執(zhí)行升級(jí)操作，使用數(shù)據(jù)庫(kù)專(zhuān)用用戶(hù)（通常是 postgres）執(zhí)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 表示執(zhí)行升級(jí)檢查，而不會(huì)真的執(zhí)行升級(jí)操作。通過(guò)檢查之后，可以去掉該參數(shù)執(zhí)行升級(jí)：

/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 表示將新版本的數(shù)據(jù)目錄硬鏈接到舊版本的數(shù)據(jù)目錄，而不會(huì)復(fù)制一份新的數(shù)據(jù)文件，可以快速進(jìn)行升級(jí)。

將舊版本配置文件 pg_hba.conf 和 postgresql.conf 等中的改動(dòng)在對(duì)應(yīng)的新配置文件中再次進(jìn)行修改。

啟動(dòng)新版本的后臺(tái)服務(wù)。例如 CentOS 可以執(zhí)行以下命令：

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

連接服務(wù)器查看數(shù)據(jù)庫(kù)的版本信息：

SELECT version();
version                                                                                                |
-------------------------------------------------------------------------------------------------------|
PostgreSQL 13.0on x86_64-pc-linux-gnu, compiled by gcc (GCC)4.8.520150623(Red Hat 4.8.5-39),64-bit|

收集統(tǒng)計(jì)信息。pg_upgrade 不會(huì)生成新版本數(shù)據(jù)庫(kù)的統(tǒng)計(jì)信息，但是會(huì)創(chuàng)建一個(gè)腳本文件，執(zhí)行該文件：

./analyze_new_cluster.sh

如果確認(rèn)升級(jí)成功，可以選擇刪除或者保留舊的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件和集群。pg_upgrade 同樣提供了一個(gè)刪除舊數(shù)據(jù)庫(kù)集群的腳本：

./delete_old_cluster.sh

然后可以刪除舊版本的 PostgreSQL 軟件，例如 CentOS 可以執(zhí)行以下命令：

yum remove postgresql12*

如果想要回退到舊版本的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以分為不同的情況：

1. 如果只運(yùn)行了 --check 選項(xiàng)命令，表示沒(méi)有真正執(zhí)行升級(jí)，重新啟動(dòng)服務(wù)即可；

2. 如果升級(jí)時(shí)沒(méi)有使用 --link 選項(xiàng)，舊版本的數(shù)據(jù)庫(kù)集群沒(méi)有任何修改，重新啟動(dòng)服務(wù)即可；

3. 如果升級(jí)時(shí)使用了 --link 選項(xiàng)，數(shù)據(jù)庫(kù)文件可能已經(jīng)被新版本的集群使用：

 3.1. 如果 pg_upgrade 在鏈接操作之前終止，舊版本的數(shù)據(jù)庫(kù)集群沒(méi)有任何修改，重新啟動(dòng)服務(wù)即可；

 3.2. 如果沒(méi)有啟動(dòng)過(guò)新版本的后臺(tái)服務(wù)，舊版本的數(shù)據(jù)庫(kù)集群沒(méi)有修改，但是鏈接過(guò)程已經(jīng)將 $PGDATA/global/pg_control 文件重命名為 $PGDATA/global/pg_control.old；此時(shí)需要將該文件名中的 .old 后綴去掉，然后重新啟動(dòng)服務(wù)即可；

 3.3. 如果已經(jīng)啟動(dòng)了新版本的數(shù)據(jù)庫(kù)集群，已經(jīng)修改了數(shù)據(jù)庫(kù)文件，再啟動(dòng)舊版本的服務(wù)可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)損壞；此時(shí)需要通過(guò)備份文件還原舊版本的數(shù)據(jù)庫(kù)。

關(guān)于 pg_upgrade 的詳細(xì)使用和升級(jí)注意事項(xiàng)，例如流復(fù)制結(jié)構(gòu)和日志傳輸復(fù)制結(jié)構(gòu)中備用節(jié)點(diǎn)的升級(jí)，可以參考官方文檔。

使用邏輯復(fù)制功能進(jìn)行升級(jí)

PostgreSQL 邏輯復(fù)制支持跨版本之間的數(shù)據(jù)復(fù)制，而且支持不同平臺(tái)之間的復(fù)制，因此也可以用于實(shí)現(xiàn)版本升級(jí)。我們可以安裝一個(gè)新版本的數(shù)據(jù)庫(kù)作為復(fù)制的從節(jié)點(diǎn)，當(dāng)數(shù)據(jù)已經(jīng)同步時(shí)執(zhí)行一次主從切換，然后關(guān)閉舊版本的主節(jié)點(diǎn)。主從切換的升級(jí)方法通常只需要幾秒鐘就能完成，利用第三方高可用組件甚至可以實(shí)現(xiàn)零停機(jī)時(shí)間升級(jí)。

PostgreSQL 10 開(kāi)始提供了內(nèi)置的邏輯復(fù)制功能，或者也可以使用 pglogical、Slony、Londiste 以及 Bucardo 等邏輯復(fù)雜工具。

關(guān)于 PostgreSQL 邏輯復(fù)制結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建和主從切換，可以參考官方文檔。

總結(jié)

PostgreSQL 小版本升級(jí)只需要替換二進(jìn)制文件即可，跨版本升級(jí)的方案主要有三種：通過(guò) pg_dump/pg_dumpall 邏輯備份與還原進(jìn)行升級(jí)，利用 pg_upgrade 工具進(jìn)行升級(jí)，使用邏輯復(fù)制功能進(jìn)行升級(jí)。了解它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場(chǎng)景可以幫助我們選擇最佳的升級(jí)方式。