النسخ الاحتياطي، استعادة ونقل قاعدة بيانات MongoDB على نظام تشغيل أوبنتو

يُعدّ محرك قواعد بيانات MongoDB أحد أشهر محرّكات قواعد بيانات NoSQL، ويشتهر بمرونته وقابليته للتوسعة وقوّته ومدى اعتماديّته وسهولة استخدامه. سنتحدث في المقال عن كيفية إجراء نسخ احتياطي واستعادة نسخة احتياطية ونقل قاعدة بيانات MongoDB.

عند الحديث عن الاستيراد والتصدير في MongoDB فالمقصود التعامل مع البيانات بصيغة مقروءة من قبل البشر، ومتوافقة مع باقي المنتجات البرمجية. بالمقابل، فإن عمليات النسخ الاحتياطي واستعادة النسخ الاحتياطية تُنشئ أو تَستخدم نمط بيانات ثنائية binary خاصّة بـ MongoDB، وتحافظ بالتالي على تناسق وسلامة البيانات إضافة إلى سمات MongoDB الخاصة.

بناء على ما سبق، فإنّه من المفضّل استخدام النسخ الاحتياطي عند الحاجة لتهجير migration قاعدة البيانات طالما أن هناك توافقية ما بين النظام المصدر والنظام الهدف.

المتطلبات الأولية

قبل أن نتابع، يرجى التأكّد من توفر المتطلبات التالية بشكل كامل:

• نظام تشغيل Ubuntu،
• مستخدم عادي بدون صلاحيات مدير نظام، لكنّه يملك صلاحية تنفيذ أمر sudo. يمكن مراجعة مقال الإعداد الابتدائي لخادوم أوبنتو 14.04 لمزيد من المعلومات،
• تثبيت وإعداد MongoDB.
• وعدا عمّا قد يستثنى بوضوح، فإنّ جميع الأوامر التي تحتاج لصلاحيات مدير نظام root في المقال، يجب أن يتم تنفيذها من قبل مستخدم عادي يملك صلاحيات sudo.
• نسخة قاعدة بيانات MongoDB تجريبية، ويمكن الحصول على واحدة وتثبيتها وفق التعليمات المذكورة في مقال استيراد وتصدير قاعدة بيانات MongoDB في نظام أوبنتو 14.04.

تنبيه: يجب تنفيذ جميع الأوامر المذكورة في المقال بصلاحيات المستخدم العادي من خلال أمر sudo ويستثنى من ذلك ما يذكر صراحة أن يتم تنفيذه وفق صلاحيات مدير النظام root.

فهم الأساسيات

سنحتاج لفهم بعض الأمور قبل أن نتابع أكثر في المقال، وإن كنت تملك بعض الخبرة مع قواعد البيانات العلائقية relational المشهورة مثل MySQL، فربّما تجد بعض التشابه عند العمل مع MongoDB.

إنّ أول ما تحتاج معرفته حول MongoDB هو أنها تستخدم صيغتي json و bson (الصيغة الثنائية binary من json) بغرض تخزين المعلومات. إنّ Json هي صيغة مقروءة من قبل البشر وبالتالي مناسبة جدًا لتصدير واستيراد البيانات في نهاية الأمر، ومن الممكن أيضًا التعديل على البيانات المصدّرة باستخدام أيّ أداة تدعم json، بما في ذلك أي محرر نصوص بسيط.

يبدو أحد الأمثلة عن مستند json على الشكل التالي:

{"address":[
	{"building":"1007", "street":"Park Ave"},
	{"building":"1008", "street":"New Ave"},
]}

إنّ Json مناسبة جدًا للعمل معها، لكنها لا تدعم جميع أنماط البيانات المتاحة في bson، وهذا يعني بأنّه سيكون لدينا "فقدان في الدقّة" في البيانات عند استخدام json، ولهذا السبب فإنّه من الأفضل استخدام الصيغة الثنائية bson في حالة النسخ الاحتياطي والاستعادة لأنّها ستساعد في استعادة قاعدة بيانات MongoDB بشكل أدق.

ثانيًا، ليس هناك داعٍ للقلق حول إنشاء قاعدة البيانات إن لم تكن موجودة أصلًا عند القيام باستعادة نسخة احتياطية، حيث سيتم إنشاؤها بشكل تلقائي. إضافة لذلك، فإنّ هيكل المجموعات collections (التي تُقابل الجداول) في القاعدة -بخلاف محركات قواعد البيانات الأخرى- سيتم إنشاؤها أيضًا بشكل تلقائي عند إدراج insert أول سطر.

ثالثًا، إن قراءة وإدراج كمّية كبيرة من البيانات في MongoDB، قد يستهلك مصادر النظام كقدرة المعالج، الذاكرة ومساحة التخزين بشكل كبير جدًا وهذه نقطة حساسة على اعتبار أن MongoDB تُستخدم عادة مع قواعد البيانات الكبيرة والبيانات الضخمة، والحل الأسهل لهذه المشكلة هو تنفيذ عمليات التصدير والنسخ الاحتياطي ليلًا.

رابعًا، فقد يكون هناك مشكلة في تناسق البيانات إن كنت تملك خادوم MongoDB معرّض لضغط العمل باستمرار وبالتالي قد تتغير البيانات أثناء عملية التصدير، حيث لا يوجد حل بسيط لهذه المشكلة ولكن في نهاية المقال سنتحدث حول استنساخ البيانات replication.

وعلى الرغم من أنه من الممكن استخدام وظائف الاستيراد والتصدير للحصول على نسخة احتياطية أو استعادتها، تبقى هناك طرق أفضل لتضمن دقة البيانات في قاعدة MongoDB، ومن هذه الطرق استخدام الأمر mongodump للحصول على نسخة احتياطية للبيانات، والأمر mongorestore لاستعادة نسخة احتياطية سابقة.

الحصول على نسخة احتياطية لقاعدة بيانات MongoDB

لنتحدث أولًا عن الحصول على نسخة احتياطية لقاعدة البيانات.

يقوم المُعامل db-- في الأمر mongodump بتحديد اسم قاعدة البيانات التي نرغب بالحصول على نسخة احتياطية لها، فإن لم يتم تحديد اسم قاعدة البيانات، سيقوم الأمر بإنشاء نسخة احتياطية لجميع قواعد البيانات التي يديرها محرّك MongoDB.

أما لتحديد مسار المجلّد الذي سيتم تخزين النسخ الاحتياطية فيه فنستخدم المُعامل out--.

لنرى المثال التالي للحصول على نسخة احتياطية من قاعدة بيانات اسمها newdb ولتخزين النسخة في مجلد var/backups/mongobackups/.

نصيحة: من الأفضل أن يتم تخزين كل نسخة احتياطية في مجلد فرعي يُسمّى بتاريخ اليوم الذي تم إنشاء النسخة الاحتياطية فيه، مثل var/backups/mongobackups/01-20-16/ (العشرون من كانون الثاني 2016).

لنقم أولًا بإنشاء المجلد الرئيسي الذي سنقوم فيه بتخزين النسخ الاحتياطية لقواعد MongoDB التي نملكها، ونستخدم لذلك الأمر:

$ sudo mkdir /var/backups/mongobackups

ثم نقوم بإنشاء نسخة احتياطية بالأمر التالي:

$ sudo mongodump --db newdb --out /var/backups/mongobackups/`date +"%m-%d-%y"`

فإن تم تنفيذ الأمر بنجاح، سيظهر ما يشبه النتيجة التالية على الشاشة:

2016-01-20T10:11:57.685-0500 	writing newdb.restaurants to /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/restaurants.bson
2016-01-20T10:11:57.907-0500 	writing newdb.restaurants metadata to /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/restaurants.metadata.json
2016-01-20T10:11:57.911-0500 	done dumping newdb.restaurants (25359 documents)
2016-01-20T10:11:57.911-0500 	writing newdb.system.indexes to /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/system.indexes.bson

لاحظ في الأمر الذي قمنا بتنفيذه أننا أدرجنا الجزء التالي "date +"%m-%d-%y الذي يقوم بالحصول على تاريخ اليوم بشكل تلقائي، وبالتالي نحصل على نسخة احتياطية داخل مجلد فرعي /var/backups/mongobackups/01-20-16/، وهذا مناسب جدًا إن قمنا بجدولة الأمر ليتم تنفيذه بصورة اوتوماتيكية.

عند الوصول إلى هذه المرحلة نكون قد حصلنا على نسخة احتياطية لقاعدة البيانات المسمّاة newdb في المسار /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/، وتملك هذه النسخة جميع المعلومات اللازمة لاستعادة حالة القاعدة newdb في حال حصول مشكلة فيها.

وكقاعدة عامة، يجب أن يتم الحصول على نسخ احتياطية بشكل دوري، على أساس نسخة احتياطية يومية مثلًا، ويستحسن أن يتم تنفيذ العملية في الوقت الذي يكون نشاط الخادوم أقل ما يمكن، وللقيام بذلك يمكن جدولة تنفيذ الأمر mongodump باستخدام cron حتى يتم تنفيذه بصورة دورية، مثلاً، الساعة 3:03 صباحًا من كل يوم. لتنفيذ ذلك سنقوم بفتح محرّر cron المسمّى crontab على الشكل التالي:

$ sudo crontab -e

ملاحظة: عندما يتم تنفيذ الأمر sudo crontab فإننا نقوم بتحرير المهام المجدولة الخاصة بحساب المستخدم مدير النظام root. إن هذا مستحسن لأنه في حال جدولة الأمر mongodump ليتم تنفيذه بصلاحيات مستخدم آخر فقد لا يتم التنفيذ بشكل صحيح وخصوصًا إن كانت إعدادات sudo تتطلب تأكيد الأمر بإدخال كلمة المرور.

سنقوم في crontab بإدخال السطر التالي:

3 3 * * * mongodump --out /var/backups/mongobackups/`date +"%m-%d-%y"`

لاحظ أننا لم نستخدم المعامل db-- في الأمر السابق لأننا نرغب بالحصول على نسخة احتياطية دورية لجميع القواعد التي نملكها.

إن تنفيذ النسخ الاحتياطي الدوري سيؤدي مع الوقت إلى استهلاك مساحة التخزين على القرص الصلب، لذا فمن الأفضل أن يتم حذف النسخ الاحتياطية القديمة بصورة دورية أو خفض المساحة التي تستهلكها عبر ضغطها.

لحذف النسخ الاحتياطية التي تم الحصول عليها قبل 7 أيام يمكن أن نستخدم الأمر التالي:

$ find /var/backups/mongobackups/ -mtime +7 -exec rm -rf {} \;

وكما في الأمر المُجدول السابق فمن الممكن التخلص من النسخ الاحتياطية القديمة بصورة دورية عبر تنفيذ الأمر قبل أمر النسخ الاحتياطي، ولأجل هذا سنقوم بإدراج السطر التالي في cron، والذي سيتم تنفيذه الساعة 3:01 صباحًا من كل يوم:

3 1 * * * find /var/backups/mongobackups/ -mtime +7 -exec rm -rf {} \;

وبإتمام الخطوات السابقة نكون قد ضمنّا حلًا مناسبًا للنسخ الاحتياطي لقواعد بيانات MongoDB.

استعادة نسخة احتياطية لقاعدة بيانات MongoDB

إن استعادة نسخة احتياطية سابقة لقاعدة بيانات MongoDB (كالتي حصلنا عليها من الخطوة السابقة) تتم باستخدام الأمر mongorestore والذي يمكّنك من الحصول على نسخة مطابقة تمامًا لبيانات القاعدة كما كانت في لحظة إنشاء النسخة الاحتياطية، متضمنًا ذلك جميع الفهارس وأنماط البيانات، وهذه مسألة مفيدة جدًا إن رغبت بنقل قاعدة البيانات.

ومتابعة من المثال السابق، لنرى كيف من الممكن استعادة نسخة احتياطية سابقة.

سنقوم باستخدام المُعامل db-- مع الأمر mongorestore لتحديد القاعدة التي نرغب باستعادة النسخة الاحتياطية إليها، كما سنستخدم المُعامل drop-- كي نضمن أن يتم حذف القاعدة القديمة حتى تتم استعادة النسخة الاحتياطية إلى نسخة جديدة من القاعدة لا تحتوي أي مشاكل، وأخيرًا سنقوم بتحديد مسار النسخة الاحتياطية التي نرغب باستعادتها; سيظهر الأمر كاملًا على النحو التالي (لا تنس استبدال المسار بمسار النسخة الموجودة لديك والتي ترغب باستعادتها):

$ sudo mongorestore --db newdb --drop /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/

وسيظهر ما يشبه الخرج التالي على الشاشة في حال تنفيذ الأمر بالشكل الصحيح:

2016-01-20T10:44:47.876-0500 	building a list of collections to restore from /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/ dir
2016-01-20T10:44:47.908-0500 	reading metadata file from /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/restaurants.metadata.json
2016-01-20T10:44:47.909-0500 	restoring newdb.restaurants from file /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/restaurants.bson
2016-01-20T10:44:48.591-0500 	restoring indexes for collection newdb.restaurants from metadata
2016-01-20T10:44:48.592-0500 	finished restoring newdb.restaurants (25359 documents)
2016-01-20T10:44:48.592-0500 	done

وفي هذه الحالة نكون قد أنجزنا استعادة نسخة احتياطية للقاعدة على الخادوم ذاته.

أمّا لو رغبنا بنقل البيانات من خادوم لآخر باستخدام نفس الطريقة، فكُل ما نحتاجه هو نسخ مجلد النسخة الاحتياطية /var/backups/mongobackups/01-20-16/newdb/ إلى الخادوم الجديد قبل تنفيذ أمر استعادة النسخة الاحتياطية على الخادوم الجديد.

الخلاصة

تعرّفنا في المقال على أساسيات إدارة بيانات قاعدة MongoDB فيما يخص النسخ الاحتياطي والاستعادة من نسخة احتياطية سابقة، ونقل قاعدة البيانات من خادوم لآخر.

إن آلية النسخ المُتماثل للبيانات ليست مهمّة بغرض قابلية التوسعة فحسب، وإنما مهمّة للموضوع الذي نتحدث عنه الآن، حيث تسمح الآلية باستمرارية تشغيل خدمة MongoDB دون توقّف أو انقطاع من خلال خادوم MongoDB ثانوي بينما يتم استعادة نسخة احتياطية على الخادوم الرئيسي في حال حدوث خلل ما فيه. وتعتبر سجلّات التشغيل (operations log (oplog جزءًا من آلية النسخة المُتماثل، حيث تقوم هذه السجلّات بتخزين جميع العمليات التي قامت بتغيير البيانات، ومن الممكن استخدام هذا السجل -كما يستخدم السجل الثنائي binary log في MySQL- بغرض استعادة البيانات بعد آخر نسخة احتياطية. تذكّر بأن النسخ الاحتياطي عادة يتم في فترة متأخرة من الليل، فإن قررت استعادة نسخة احتياطية ليلًا (قبل أن تبدأ عملية النسخ الاحتياطي) فستفقد جميع البيانات الجديدة التي لم يتم الحصول على نسخة احتياطية لها أولًا.

ترجمة -وبتصرّف- للمقال How To Back Up, Restore, and Migrate a MongoDB Database on Ubuntu 14.04 لصاحبه Anatoliy Dimitrov.