PostgreSQL 資料庫跨版本升級常用方案

大家好，我是只談技術不剪發的 Tony 老師，對于企業而言，將資料庫系統升級到新版本通常可以獲得更好的性能、更多的功能、最新的安全補丁和錯誤修復等，因此，本文就來介紹一下 PostgreSQL 資料庫版本升級的 3 種常用方案，

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升級方案概述

PostgreSQL 版本號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 個數字組成，例如 9.6.19，其中 9.6 是主要版本，19 是次要版本，

發布次要版本是不會改變記憶體的存盤格式，因此總是和相同的主要版本兼容，例如，PostgreSQL 12.4 和 PostgreSQL 12.0 以及后續的 PostgreSQL 12.x 兼容，對于這些兼容版本的升級非常簡單，只需要關閉資料庫服務，安裝替換二進制的可執行檔案，重新啟動服務即可，

接下來，我們主要討論 PostgreSQL 的跨版本升級問題，例如從 PostgreSQL 12.x 升級到 PostgreSQL 13.y，主要版本的升級可能會修改內部資料的存盤格式，因此需要執行額外的操作，常用的跨版本升級方法和適用場景如下：

📝如果使用廠商提供的 PostgreSQL 定制版本，也可能通過他們提供的工具實作版本升級，具體參考相關檔案，

注意事項：升級主要版本通過會導致用戶可見的不兼容性，因此應用程式可能需要進行相應的修改，具體的變化可以參考發行說明，尤其是“Migration”部分的內容；如果跨多個主要版本進行升級，需要閱讀每個中間版本的發行說明，

通過邏輯備份與還原進行升級

傳統的跨版本升級方法利用 pg_dump/pg_dumpall 邏輯備份匯出資料庫，然后在新版本中通過 pg_restore 進行還原，匯出舊版本資料庫時推薦使用新版本的 pg_dump/pg_dumpall 工具，可以利用最新的并行匯出和還原功能，同時可以減少資料庫膨脹問題，

邏輯備份與還原非常簡單但速度比較慢，停機時間取決于資料庫的大小，因此適合中小型資料庫的升級，

下面我們介紹這種升級方法的具體操作，假如當前 PostgreSQL 軟體的安裝目錄位于 /usr/local/pgsql，同時資料目錄位于 /usr/local/pgsql/data，我們在同一臺服務器上進行升級，

1. 執行邏輯備份之前停止應用程式，確保沒有資料更新，因為備份開始后的更新不會被匯出，如有必要，可以修改 /usr/local/pgsql/data/pg_hba.conf 檔案禁止其他人訪問資料庫，

   然后備份資料庫：

   pg_dumpall > outputfile
   

   如果已經安裝了新版本的 PostgreSQL，可以使用新版本的 pg_dumpall 命令備份舊版本資料庫，

2. 停止舊版本的后臺服務：

   pg_ctl stop
   

   或者通過其他方式停止后臺服務，

3. 如果安裝目錄沒有包含特定版本標識，可以將目錄改名，必要時可以再修改回來，可以使用類似以下的命令重命名目錄：

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

4. 安裝新版本 PostgreSQL 軟體，假如安裝目錄仍然是 /usr/local/pgsql，

5. 初始化一個新的資料庫集群，需要使用資料庫專用用戶（通常是 postgres；如果是升級版本，應該已經存在該用戶）執行操作：

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

6. 將舊版本組態檔 pg_hba.conf 和 postgresql.conf 等中的改動在對應的新組態檔中再次進行修改，

7. 使用資料庫專用用戶啟動新版本的后臺服務：

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

8. 最后，利用新版本的 psql 命令還原資料：

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

為了減少停機時間，可以將新版本的 PostgreSQL 安裝到另一個目錄（例如 /usr/local/pgsql-13），同時使用不同的埠啟動服務，然后同時執行資料庫的匯出和匯入：

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

執行以上操作時，新舊版本的后臺服務同時運行，新版本使用 5433 埠，舊版本使用 5432 埠，

利用 pg_upgrade 工具進行升級

pg_upgrade 工具可以支持 PostgreSQL 跨版本的就地升級，不需要執行匯出和匯入操作，pg_upgrade 可以支持 PostgreSQL 8.4.X 到最新版本的升級，包括快照版本和測驗版本，

pg_upgrade 提供了升級前的兼容性檢查（-c 或者 --check 選項）功能， 可以發現插件、資料型別不兼容等問題，如果指定了 --link 選項，新版本服務可以直接使用原有的資料庫檔案而不需要執行復制，通常可以在幾分鐘內完成升級操作，

下面我們介紹這種升級方法的具體操作，假如當前 PostgreSQL 軟體的安裝目錄位于 /usr/pgsql-12/，同時資料目錄位于 /var/lib/pgsql/12/data/，我們將其升級為 PostgreSQL 13，

1. 確定沒有客戶端訪問之后備份資料庫，然后停止舊版本的后臺服務，例如 CentOS 可以執行以下命令：

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

2. 安裝新版本的 PostgreSQL 軟體，例如 PostgreSQL 13.0，安裝目錄位于 /usr/pgsql-13/，

3. 初始化新版本的資料庫集群，資料目錄設定為 /var/lib/pgsql/13/data/，

4. 如果舊版本中安裝了擴展模塊，在新版本中也需要安裝相應的共享物件檔案或者 DLL 檔案，但是不要執行CREATE EXTENSION命令，因為會從舊資料庫中進行升級，另外，如果使用了任何自定義的全文搜索檔案（字典、同義詞、詞庫、停用詞），也需要復制到新的資料庫集群目錄中，

5. 停止新版本的后臺服務，例如 CentOS 可以執行以下命令：

   sudo systemctl stop postgresql-13
   

6. 通過 pg_upgrade 執行升級操作，使用資料庫專用用戶（通常是 postgres）執行以下操作：

   /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 表示執行升級檢查，而不會真的執行升級操作，通過檢查之后，可以去掉該引數執行升級：

   /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 表示將新版本的資料目錄硬鏈接到舊版本的資料目錄，而不會復制一份新的資料檔案，可以快速進行升級，

7. 將舊版本組態檔 pg_hba.conf 和 postgresql.conf 等中的改動在對應的新組態檔中再次進行修改，

8. 啟動新版本的后臺服務，例如 CentOS 可以執行以下命令：

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

9. 連接服務器查看資料庫的版本資訊：

   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|
   

10. 收集統計資訊，pg_upgrade 不會生成新版本資料庫的統計資訊，但是會創建一個腳本檔案，執行該檔案：

    ./analyze_new_cluster.sh
    

11. 如果確認升級成功，可以選擇洗掉或者保留舊的資料庫軟體和集群，pg_upgrade 同樣提供了一個洗掉舊資料庫集群的腳本：

      ./delete_old_cluster.sh
    

    然后可以洗掉舊版本的 PostgreSQL 軟體，例如 CentOS 可以執行以下命令：

    yum remove postgresql12*
    

12. 如果想要回退到舊版本的資料庫，可以分為不同的情況：

    • 如果只運行了 --check 選項命令，表示沒有真正執行升級，重新啟動服務即可；
    • 如果升級時沒有使用 --link 選項，舊版本的資料庫集群沒有任何修改，重新啟動服務即可；
    • 如果升級時使用了 --link 選項，資料庫檔案可能已經被新版本的集群使用：
      • 如果 pg_upgrade 在鏈接操作之前終止，舊版本的資料庫集群沒有任何修改，重新啟動服務即可；
      • 如果沒有啟動過新版本的后臺服務，舊版本的資料庫集群沒有修改，但是鏈接程序已經將 $PGDATA/global/pg_control 檔案重命名為 $PGDATA/global/pg_control.old；此時需要將該檔案名中的 .old 后綴去掉，然后重新啟動服務即可；
      • 如果已經啟動了新版本的資料庫集群，已經修改了資料庫檔案，再啟動舊版本的服務可能導致資料損壞；此時需要通過備份檔案還原舊版本的資料庫，

關于 pg_upgrade 的詳細使用和升級注意事項，例如流復制結構和日志傳輸復制結構中備用節點的升級，可以參考官方檔案，

使用邏輯復制功能進行升級

PostgreSQL 邏輯復制支持跨版本之間的資料復制，而且支持不同平臺之間的復制，因此也可以用于實作版本升級，我們可以安裝一個新版本的資料庫作為復制的從節點，當資料已經同步時執行一次主從切換，然后關閉舊版本的主節點，主從切換的升級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作零停機時間升級，

PostgreSQL 10 開始提供了內置的邏輯復制功能，或者也可以使用 pglogical、Slony、Londiste 以及 Bucardo 等邏輯復雜工具，

關于 PostgreSQL 邏輯復制結構的創建和主從切換，可以參考官方檔案，

總結

PostgreSQL 小版本升級只需要替換二進制檔案即可，跨版本升級的方案主要有 3 種：通過 pg_dump/pg_dumpall 邏輯備份與還原進行升級，利用 pg_upgrade 工具進行升級，使用邏輯復制功能進行升級，了解它們的優缺點和適用場景可以幫助我們選擇最佳的升級方式，