Raouf Chebri：无服务器 Postgres 中的时间点恢复揭秘
内容提要
Neon数据库中的Point-In-Time Restore（PITR）功能可帮助用户在数据丢失时恢复到之前的状态。PITR利用Write-Ahead Logging（WAL）和基本备份实现，用户可以定义恢复策略并通过回放WAL来恢复数据库。Neon通过引入灾难恢复工具Barman和存储引擎的优化来解决备份过程中的性能下降、存储容量有限和单点故障等问题。存储引擎将WAL存储在AWS S3中，使得Postgres成为无状态计算实例，实现了快速启动和无需备份的特点。通过创建临时分支来访问数据库的历史状态。Neon的PITR功能可靠且便捷，与Postgres的结合使用具有优势。
延伸解读
传统Postgres PITR的挑战
在标准Postgres中，实现PITR需要配置WAL归档和定期基础备份。恢复时需还原最新备份并回放WAL，这可能导致性能下降。此外，有限的存储容量要求设定保留期，限制了可恢复的时间范围。若备份和WAL存储在同一位置，还存在单点故障风险。这些因素增加了运维复杂性和成本。
Neon架构如何简化PITR
Neon将WAL流式传输到自定义存储引擎，并持久化到AWS S3，使Postgres成为无状态计算实例。这消除了对备用实例和传统备份的需求，因为存储引擎自动管理WAL和压缩。Pageservers累积WAL并创建不可变层文件，能根据LSN或时间戳重建任意时间点的数据状态，无需冗长的恢复过程。
临时分支与时间旅行查询
Neon的临时分支允许用户通过指定LSN或时间戳连接到数据库的历史状态，TTL仅为10秒。这支持时间旅行查询，使用户能在恢复前审查数据。该功能基于Pageservers的GetPage@LSN机制，是Neon PITR的一部分，为开发者提供了便捷的历史数据访问方式，并有望集成到开发工作流中。
Q&A
Neon 的 PITR 功能是如何实现的？
Neon 的 PITR 基于其存储引擎，将 WAL 流式传输到自定义的 Rust 存储引擎，并存储在 AWS S3 中。存储引擎由 Safekeepers、Pageservers 和 S3 持久层组成。Pageservers 累积 WAL 记录并创建不可变层文件（Image layers 和 Delta layers），从而能够重建任意时间点的数据状态。用户可以通过创建临时分支指定 LSN 或时间戳来访问历史状态。
在传统 Postgres 中做 PITR 有哪些局限性？
传统 Postgres 的 PITR 存在三个主要局限性：1) 备份时可能出现性能下降；2) 存储容量有限，必须定义保留期（retention period），限制了可恢复的时间范围；3) 所有基础备份和 WAL 归档存储在同一位置，存在单点故障（SPOF）。
Neon 的存储引擎由哪些组件构成？
Neon 的存储引擎由三部分组成：1) Safekeepers：持久层，使用 Paxos 共识算法确保数据不丢失；2) Pageservers：多租户存储层，能从 WAL 重建数据并发送给 Postgres；3) 第二个持久层：将 WAL 持久存储在 AWS S3 中。
什么是 Neon 的临时分支（ephemeral branches）？
临时分支是 Neon 中一种短暂存在的分支，具有 10 秒的生存时间（TTL）。它允许用户通过指定 LSN 或时间戳连接到数据库的先前状态，实现时间旅行查询。这些分支是写时复制克隆，代表数据历史中任意时间点的状态，由 Pageservers 原生支持。
Neon 如何解决传统 Postgres 备份中的单点故障问题？
Neon 通过将 WAL 流式传输到自定义存储引擎，并将数据持久化在 AWS S3 中，避免了单点故障。此外，由于 Postgres 变为无状态计算实例，崩溃时可以快速启动新实例，无需备用节点（standby），从而消除了对传统备份和备用节点的依赖。
Neon 的 Pageservers 如何工作？
Pageservers 是 Neon 存储引擎中的多租户存储层。它累积 WAL 记录，当记录达到约 1GB 时，创建两种不可变层文件：Image layers（包含特定 LSN 下键范围的快照）和 Delta layers（包含键范围内的增量变化）。Pageservers 能根据任意 LSN 或时间线重建页面状态，支持 GetPage@LSN 函数。
