PostgreSQL跨版本升級常用方案
對于企業而言，將數據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 數據庫版本升級的三種常用方案。
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內存的存儲格式，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，只需要關閉數據庫服務，安裝替換二進制的可執行文件，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數據的存儲格式，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：
升級方法 | 適用場景 | 停機時間 |
邏輯備份與還原 | 中小型數據庫，例如小于 100 GB | 取決于數據庫的大小 |
pg_upgrade 工具 | 大中型數據庫，例如大于 100 GB | 幾分鐘 |
邏輯復制 | 大中型數據庫，例如大于 100 GB | 幾秒鐘 |
??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現版本升級，具體參考相關文檔。
注意事項：升級主要版本通過會導致用戶可見的不兼容性，因此應用程序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 邏輯備份導出數據庫，然后在新版本中通過 pg_restore 進行還原。導出舊版本數據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導出和還原功能，同時可以減少數據庫膨脹問題。
邏輯備份與還原非常簡單但速度比較慢，停機時間取決于數據庫的大小，因此適合中小型數據庫的升級。
下面我們介紹這種升級方法的具體操作，假如當前 PostgreSQL 軟件的安裝目錄位于 /usr/local/pgsql，同時數據目錄位于 /usr/local/pgsql/data，我們在同一臺服務器上進行升級。
執行邏輯備份之前停止應用程序，確保沒有數據更新，因為備份開始后的更新不會被導出。如有必要，可以修改 /usr/local/pgsql/data/pg_hba.conf 文件禁止其他人訪問數據庫。
然后備份數據庫：
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 命令備份舊版本數據庫。
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。
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。
初始化一個新的數據庫集群，需要使用數據庫專用用戶（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將舊版本配置文件 pg_hba.conf 和 postgresql.conf 等中的改動在對應的新配置文件中再次進行修改。
使用數據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最后，利用新版本的 psql 命令還原數據：
/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），同時使用不同的端口啟動服務。然后同時執行數據庫的導出和導入：
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 端口，舊版本使用 5432 端口。
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，不需要執行導出和導入操作。pg_upgrade 可以支持 PostgreSQL 8.4.X 到最新版本的升級，包括快照版本和測試版本。
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、數據類型不兼容等問題。如果指定了 --link 選項，新版本服務可以直接使用原有的數據庫文件而不需要執行復制，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 軟件的安裝目錄位于 /usr/pgsql-12/，同時數據目錄位于 /var/lib/pgsql/12/data/，我們將其升級為 PostgreSQL 13。
確定沒有客戶端訪問之后備份數據庫，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/。
初始化新版本的數據庫集群。數據目錄設置為 /var/lib/pgsql/13/data/。
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對象文件或者 DLL 文件。但是不要執行CREATE EXTENSION命令，因為會從舊數據庫中進行升級。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、停用詞），也需要復制到新的數據庫集群目錄中。
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通過 pg_upgrade 執行升級操作，使用數據庫專用用戶（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，可以去掉該參數執行升級：
/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 表示將新版本的數據目錄硬鏈接到舊版本的數據目錄，而不會復制一份新的數據文件，可以快速進行升級。
將舊版本配置文件 pg_hba.conf 和 postgresql.conf 等中的改動在對應的新配置文件中再次進行修改。
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連接服務器查看數據庫的版本信息：
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|收集統計信息。pg_upgrade 不會生成新版本數據庫的統計信息，但是會創建一個腳本文件，執行該文件：
./analyze_new_cluster.sh如果確認升級成功，可以選擇刪除或者保留舊的數據庫軟件和集群。pg_upgrade 同樣提供了一個刪除舊數據庫集群的腳本：
./delete_old_cluster.sh然后可以刪除舊版本的 PostgreSQL 軟件，例如 CentOS 可以執行以下命令：
yum remove postgresql12*如果想要回退到舊版本的數據庫，可以分為不同的情況：
1. 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；
2. 如果升級時沒有使用 --link 選項，舊版本的數據庫集群沒有任何修改，重新啟動服務即可；
3. 如果升級時使用了 --link 選項，數據庫文件可能已經被新版本的集群使用：
3.1. 如果 pg_upgrade 在鏈接操作之前終止，舊版本的數據庫集群沒有任何修改，重新啟動服務即可；
3.2. 如果沒有啟動過新版本的后臺服務，舊版本的數據庫集群沒有修改，但是鏈接過程已經將 $PGDATA/global/pg_control 文件重命名為 $PGDATA/global/pg_control.old；此時需要將該文件名中的 .old 后綴去掉，然后重新啟動服務即可；
3.3. 如果已經啟動了新版本的數據庫集群，已經修改了數據庫文件，再啟動舊版本的服務可能導致數據損壞；此時需要通過備份文件還原舊版本的數據庫。
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，可以參考官方文檔。
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數據復制，而且支持不同平臺之間的復制，因此也可以用于實現版本升級。我們可以安裝一個新版本的數據庫作為復制的從節點，當數據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現零停機時間升級。
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，可以參考官方文檔。
總結
PostgreSQL 小版本升級只需要替換二進制文件即可，跨版本升級的方案主要有三種：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。
