15 - 备份与恢复

数据是任何系统最有价值的资产。硬盘会故障、软件会出错、人也会误操作——备份是抵御数据丢失的最后防线。本章从策略到实施，覆盖 Linux 下备份与恢复的完整知识链。

15.1 备份的核心原则

3-2-1 备份法则

这是备份领域的黄金法则，任何规模的系统都应遵循：

原则	具体要求
3 份副本	1 份原始数据 + 2 份备份
2 种介质	至少两种不同的存储类型（本地磁盘 + 云/磁带/另一台服务器）
1 份异地	至少 1 份存放在地理位置不同的地方（云存储、远程服务器）

备份类型

类型	说明	优点	缺点
全量备份	复制所有数据	恢复最简单	耗时长、空间大
增量备份	仅备份上次备份后变化的数据	空间和时间最优	恢复需所有增量链
差异备份	备份自上次全量后所有变化	恢复只需全量+最后一次差异	比增量慢、比全量快
快照备份	文件系统级别快照（Btrfs/ZFS/LVM）	秒级创建	依赖文件系统，需同一系统恢复

备份什么

# 必须备份的目录（按优先级）
/etc/ # 系统配置
/home/ # 用户数据
/var/log/ # 日志（保留审计追溯）
/var/spool/cron/ # 用户的 crontab
/root/ # root 用户的数据
/var/lib/ # 数据库、Docker 等运行时数据
/opt/ # 手动安装的应用
 
# 不必备份
/tmp/ # 临时文件
/proc/ /sys/ /dev/ # 虚拟文件系统
/run/ # 内存文件系统
/mnt/ /media/ # 其他文件系统的挂载点
/var/cache/ # 缓存（可重建）
/swapfile # 交换文件

15.2 tar——归档与增量备份

tar 是 Linux 最基础的备份工具。完整 tar 指南见 44 章，这里聚焦备份场景。

全量备份

# 创建完整备份（gzip 压缩）
sudo tar -czf backup-$(date +%Y%m%d).tar.gz \
 /etc /home /var/lib /var/spool/cron
 
# 使用 zstd 压缩（速度更快）
sudo tar --zstd -cf backup-$(date +%Y%m%d).tar.zst \
 /etc /home /var/lib
 
# 排除不需要的目录
sudo tar -czf system-backup.tar.gz \
 --exclude='/home/*/.cache' \
 --exclude='/var/cache' \
 --exclude='/tmp/*' \
 --exclude='/proc' \
 --exclude='/sys' \
 --exclude='/dev' \
 --exclude='/run' \
 --exclude='/mnt' \
 --exclude='/media' \
 --exclude='node_modules' \
 --exclude='__pycache__' \
 --exclude='.git' \
 /

增量备份

# 第一次：创建全量备份 + 生成快照文件
sudo tar --listed-incremental=/backup/snapshot.snar \
 -czf /backup/full-backup-$(date +%Y%m%d).tar.gz \
 /home/user/data
 
# 第二次及以后：增量备份（使用同一快照文件）
sudo tar --listed-incremental=/backup/snapshot.snar \
 -czf /backup/incr-backup-$(date +%Y%m%d).tar.gz \
 /home/user/data
 
# 恢复：先恢复全量
sudo tar --listed-incremental=/dev/null \
 -xzf /backup/full-backup-20250101.tar.gz -C /restore
 
# 再依次恢复增量
sudo tar --listed-incremental=/dev/null \
 -xzf /backup/incr-backup-20250102.tar.gz -C /restore
sudo tar --listed-incremental=/dev/null \
 -xzf /backup/incr-backup-20250103.tar.gz -C /restore

保留元数据

# 保留权限、ACL、扩展属性和 SELinux 上下文
sudo tar --acls --xattrs --xattrs-include='*' --selinux \
 --numeric-owner -cpf /backup/full-system.tar /
 
# 恢复时同理
sudo tar --acls --xattrs --xattrs-include='*' --selinux \
 --numeric-owner -xpf /backup/full-system.tar -C /

15.3 rsync——增量同步备份

rsync 是最常用的增量同步工具，通过仅传输差异内容大幅减少备份时间和带宽。

基本用法

# 本地同步
rsync -av /source/ /dest/
 
# 本地→远程
rsync -av /source/ user@backup-server:/dest/
 
# 远程→本地
rsync -av user@server:/source/ /local/dest/
 
# 常用参数
rsync -avz # -z 压缩传输
rsync -avP # -P 显示进度 + 断点续传
rsync -av --delete # 删除目标中源没有的文件（镜像）
rsync -av --delete --link-dest=/prev/backup /src/ /new/backup/

常用参数速查

参数	说明
`-a`	归档模式（保留权限、时间等）
`-v`	详细输出
`-z`	传输时压缩
`-P`	显示进度 + 断点续传
`--delete`	删除目标多余文件
`--exclude='pattern'`	排除匹配文件
`--exclude-from=FILE`	从文件读取排除列表
`--link-dest=DIR`	硬链接去重（快照式备份）
`--bwlimit=1000`	限速 1MB/s
`-n` / `--dry-run`	模拟运行（不实际传输）
`--remove-source-files`	传输成功后删除源文件

快照式备份（—link-dest）

利用硬链接实现类似 Time Machine 的增量备份，每次备份看起来完整，但相同文件只占一份空间：

#!/bin/bash
# 基于 rsync + 硬链接的快照备份脚本
BACKUP_ROOT="/backup/home"
BACKUP_DIR="$BACKUP_ROOT/backup-$(date +%Y%m%d-%H%M)"
LATEST_LINK="$BACKUP_ROOT/latest"
 
mkdir -p "$BACKUP_ROOT"
 
rsync -av --delete \
 --link-dest="$LATEST_LINK" \
 --exclude='.cache' \
 --exclude='node_modules' \
 /home/alice/ "$BACKUP_DIR/"
 
# 删除旧备份：
# 保留最近 7 个
ls -dt "$BACKUP_ROOT"/backup-* | tail -n +8 | xargs rm -rf
 
# 更新软链接指向最新
rm -f "$LATEST_LINK"
ln -s "$BACKUP_DIR" "$LATEST_LINK"

每次备份后，未变化的文件通过硬链接共享 inode（不占用额外空间），变化文件独立存储。

SSH 远程备份

# 带 SSH 密钥的远程备份
rsync -avz -e "ssh -p 2222" /data/ backup@server:/backups/data/
 
# 管道传输（通过 SSH 直接在两端压缩/解压）
tar -czf - /data | ssh backup@server "cat > /backups/data-$(date +%Y%m%d).tar.gz"

15.4 dd——磁盘镜像

dd 是底层磁盘复制工具，用于创建完整的磁盘镜像（含分区表和引导）。

存储管理详细内容见第 10 章。

# 创建磁盘镜像
sudo dd if=/dev/sda of=/backup/disk-$(date +%Y%m%d).img bs=4M status=progress
 
# 恢复磁盘镜像
sudo dd if=/backup/disk-20250101.img of=/dev/sda bs=4M status=progress
 
# 只备份分区表
sudo dd if=/dev/sda of=/backup/sda-mbr.img bs=512 count=1
 
# 备份 + 压缩（减少空间）
sudo dd if=/dev/sda bs=4M status=progress | gzip > /backup/disk.img.gz
 
# 恢复压缩镜像
gunzip -c /backup/disk.img.gz | sudo dd of=/dev/sda bs=4M status=progress
 
# 克隆到另一块磁盘
sudo dd if=/dev/sda of=/dev/sdb bs=4M status=progress

警示：dd 是危险的”数据毁灭器”。if (input file) 和 of (output file) 绝不可颠倒，写错就是永久覆盖。

15.5 BorgBackup——去重 + 压缩 + 加密

BorgBackup（简称 Borg）是现代化的去重备份工具，特别适合每天备份大量重复内容。同一文件在不同时间点的版本只存储差异。

安装

# Debian/Ubuntu
sudo apt install borgbackup
# Fedora/RHEL
sudo dnf install borgbackup
# Arch
sudo pacman -S borg
# openSUSE
sudo zypper install borgbackup

基本流程

# 1. 初始化仓库（仅一次）
borg init --encryption=repokey /backup/borg-repo
# 可选加密方式：
# none 无加密
# repokey 密码+密钥文件（默认）
# keyfile 密码+密钥文件分离
# authenticated 仅验证（无加密）
# 记录下密码——丢失后无法恢复！
 
# 2. 创建备份（存档）
borg create --stats --progress \
 /backup/borg-repo::home-{now:%Y%m%d-%H%M} \
 /home/alice
 
# 属性占位符
# {now} 当前时间（可带 strftime 格式）
# {hostname} 主机名
# {user} 执行备份的用户
 
# 3. 列出存档
borg list /backup/borg-repo
 
# 4. 查看存档信息
borg info /backup/borg-repo::home-20250101-0300
 
# 5. 提取（恢复）
cd /restore
borg extract /backup/borg-repo::home-20250101-0300
 
# 挂载为 FUSE 文件系统（浏览式恢复）
borg mount /backup/borg-repo /mnt/borg
ls /mnt/borg # 列出所有存档
borg umount /mnt/borg

高级用法

# 排除文件/目录
borg create /backup/borg-repo::home-{now} /home/alice \
 --exclude '*.pyc' \
 --exclude 'node_modules' \
 --exclude '.cache' \
 --exclude '*.log' \
 --exclude-from /etc/borg-exclude.txt
 
# 精简（删除指定时间之前的存档）
borg prune --list /backup/borg-repo \
 --keep-daily 7 # 保留最近 7 天的每日备份
 --keep-weekly 4 # 保留最近 4 周的每周备份
 --keep-monthly 6 # 保留最近 6 个月的每月备份
 
# 紧凑化（回收空间）
borg compact /backup/borg-repo
 
# 检查仓库完整性
borg check /backup/borg-repo
 
# 远程仓库（通过 SSH）
borg init backup@server:/backup/borg-repo --encryption=repokey
borg create backup@server:/backup/borg-repo::home-{now} /home/alice

自动化备份脚本

#!/bin/bash
# 使用 Borg 的每日自动化备份
 
export BORG_REPO="/backup/borg-repo"
export BORG_PASSPHRASE="your-secure-password"
# 建议使用 BORG_PASSCOMMAND 从密码管理器读取
# export BORG_PASSCOMMAND="pass show backup/borg-password"
 
borg create --stats --compression zstd,9 \
 --exclude '/home/*/.cache' \
 --exclude '/tmp/*' \
 ::'{hostname}-{now:%Y%m%d-%H%M}' \
 /etc /home
 
borg prune --list --stats \
 --keep-daily 7 \
 --keep-weekly 4 \
 --keep-monthly 6
 
borg compact

Borg 的核心优势

特性	说明
去重	相同数据块只存储一次，极大节省空间
压缩	内置 zstd/lz4/zlib 压缩
加密	客户端加密（AES-256），传输安全
校验	数据完整性自动验证
挂载	FUSE 挂载，像浏览文件系统一样浏览备份

15.6 Restic——现代备份新选择

Restic 是另一款现代化备份工具，以简洁易用著称，原生支持多种云存储后端。

# 安装
# Debian/Ubuntu: apt install restic
# Fedora: dnf install restic
# Arch: pacman -S restic
 
# 初始化仓库
restic init --repo /backup/restic-repo
# 或远程仓库：
# restic init --repo sftp:user@server:/backup
# restic init --repo s3:s3.amazonaws.com/bucket-name
 
# 备份
restic backup --repo /backup/restic-repo /home/alice /etc
 
# 列出快照
restic snapshots --repo /backup/restic-repo
 
# 恢复
restic restore --repo /backup/restic-repo <snapshot-id> --target /restore
restic restore --repo /backup/restic-repo latest --target /restore
 
# 清理旧快照
restic forget --repo /backup/restic-repo \
 --keep-daily 7 --keep-weekly 4 --keep-monthly 6
 
# 验证
restic check --repo /backup/restic-repo

Borg vs Restic：

Borg：去重算法更激进，同一台机器上的持续备份最省空间
Restic：原生支持 S3、Azure、GCS 等云存储，跨平台更好

15.7 Timeshift——系统快照

Timeshift 为系统快照而设计，类似 Windows 的系统还原或 macOS 的 Time Machine。适合在系统大更新前创建可回滚的检查点。

# 安装
# Debian/Ubuntu
sudo apt install timeshift
# Fedora
sudo dnf install timeshift
# Arch
sudo pacman -S timeshift
 
# 图形界面
sudo timeshift-gtk
 
# 命令行——创建快照
sudo timeshift --create --comments "Before kernel upgrade"
 
# 列出快照
sudo timeshift --list
 
# 恢复快照
sudo timeshift --restore
# 交互式选择要恢复的快照
 
# 快照计划（通过 cron，自动配置）
# 默认策略：每天保留 5 个，每周保留 3 个

注意事项：

仅备份系统文件（/ 除 /home 外），用户数据需单独备份
需要 Btrfs 文件系统以获得秒级快照体验；ext4 使用 rsync 模式（较慢）
快照不是备份——如果同一磁盘损坏，快照也会丢失

15.8 数据库备份注意事项

生产环境中最容易出错的就是数据库备份。数据库在运行时文件持续变化，直接复制可能产生不一致的备份。

MySQL / MariaDB

# 逻辑备份（SQL 导出）
mysqldump -u root -p --all-databases --single-transaction \
 | gzip > /backup/mysql-all-$(date +%Y%m%d).sql.gz
 
# 备份单个数据库
mysqldump -u root -p mydb | gzip > /backup/mydb-$(date +%Y%m%d).sql.gz
 
# 恢复
gunzip -c /backup/mydb-20250101.sql.gz | mysql -u root -p mydb

PostgreSQL

# 逻辑备份
pg_dumpall -U postgres | gzip > /backup/pg-all-$(date +%Y%m%d).sql.gz
 
# 备份单个数据库
pg_dump -U postgres mydb | gzip > /backup/mydb-$(date +%Y%m%d).sql.gz
 
# 恢复
gunzip -c /backup/mydb-20250101.sql.gz | psql -U postgres mydb

数据库备份的详细策略、WAL 归档、流复制等内容见 58-数据库运维(主从+备份+优化)。

15.9 恢复流程与测试

恢复不是”有备份就够了”

没有经过验证的备份等于没有备份。必须定期执行恢复测试。

# 基本验证流程
# 1. 检查备份文件是否存在且大小合理
ls -lh /backup/system-$(date +%Y%m%d).tar.gz
 
# 2. 验证 tar 归档完整性
tar -tzf /backup/system-20250101.tar.gz > /dev/null && echo "OK" || echo "损坏"
 
# 3. 验证 Borg 仓库完整性
borg check --verify-data /backup/borg-repo
 
# 4. 测试恢复——在临时目录尝试恢复关键文件
mkdir -p /tmp/restore-test
borg extract /backup/borg-repo::latest --target /tmp/restore-test \
 --pattern '+/etc/nginx' --pattern '-**'
diff -r /etc/nginx /tmp/restore-test/etc/nginx
rm -rf /tmp/restore-test

灾难恢复流程

当系统完全不可用时（硬件故障、根分区损坏）：

1. 准备新磁盘/服务器
2. 使用 Live USB / 恢复介质启动
3. 分区并格式化磁盘
4. 恢复系统镜像（dd 或 rsync）
5. 修复引导加载程序
6. 检查 fstab 与 UUID 匹配
7. 重启验证

具体步骤（使用 tar + rsync 的简单恢复）：

# 1. 从 Live USB 启动
# 2. 分区、格式化新磁盘
sudo parted /dev/sda mklabel gpt
sudo parted /dev/sda mkpart primary ext4 1MiB 100%
sudo mkfs.ext4 /dev/sda1
 
# 3. 挂载
sudo mount /dev/sda1 /mnt
 
# 4. 恢复数据
sudo tar -xzf /media/backup/system-20250101.tar.gz -C /mnt
 
# 5. 修复 fstab UUID（新分区 UUID 不同）
lsblk -f /dev/sda1 # 获取新 UUID
# 编辑 /mnt/etc/fstab
 
# 6. 重新生成 initramfs
sudo arch-chroot /mnt mkinitcpio -P
# 或对应发行版命令：sudo chroot /mnt update-initramfs -u
 
# 7. 修复引导
sudo arch-chroot /mnt grub-install /dev/sda
# 或 sudo chroot /mnt grub-install /dev/sda
 
# 8. 重启

15.10 备份方案对比

工具	类型	去重	加密	云存储	适用场景
`tar`	文件归档	否	需外部(gpg)	需外部	一次性打包、源码分发
`rsync`	增量同步	否	SSH	SSH 远程	每日文件同步
`dd`	磁盘镜像	否	否	否	整盘克隆、取证
BorgBackup	块级去重	是	是	SSH 管道	持续增量备份
Restic	块级去重	是	是	S3/Azure/GCS 原生	多云存储备份
Timeshift	系统快照	Btrfs 模式	否	否	系统级回滚
LVM 快照	块级快照	否	否	否	数据库热备份前预处理

15.11 自动化备份最佳实践

一个生产级备份方案应考虑以下要素：

#!/bin/bash
# 综合性每日备份脚本
 
set -euo pipefail
 
BACKUP_ROOT="/backup"
DATE=$(date +%Y%m%d)
LOG_FILE="$BACKUP_ROOT/backup-$DATE.log"
 
exec > >(tee -a "$LOG_FILE") 2>&1
 
echo "=== Backup started at $(date) ==="
 
# 1. 文件备份（rsync 快照式）
echo "[1/3] File backup..."
rsync -av --delete \
 --link-dest="$BACKUP_ROOT/rsync/latest" \
 --exclude='.cache' \
 --exclude='node_modules' \
 /home/ "$BACKUP_ROOT/rsync/backup-$DATE/"
 
# 2. 系统配置备份（Borg 去重）
echo "[2/3] System config backup..."
borg create --stats "$BACKUP_ROOT/borg::system-$DATE" \
 /etc /var/spool/cron /var/lib
 
# 3. 数据库备份
echo "[3/3] Database dump..."
mysqldump --all-databases --single-transaction \
 | gzip > "$BACKUP_ROOT/mysql/all-$DATE.sql.gz"
 
# 清理
echo "[Cleanup] Removing old backups..."
borg prune --keep-daily 7 --keep-weekly 4 --keep-monthly 6 "$BACKUP_ROOT/borg"
find "$BACKUP_ROOT/rsync" -maxdepth 1 -name 'backup-*' -mtime +7 -exec rm -rf {} +
find "$BACKUP_ROOT/mysql" -name '*.sql.gz' -mtime +30 -delete
 
echo "=== Backup completed at $(date) ==="

将此脚本配合 systemd timer 或 cron 定时执行即可实现自动化备份。详见 15-计划任务与自动化。

备份通知

备份脚本应包含告警机制：

# 备份完成后发送通知（示例：通过 healthchecks.io）
curl -fsS --retry 3 https://hc-ping.com/your-uuid/$?
 
# 或通过邮件/Webhook 通知
# mail -s "Backup Report" admin@example.com < "$LOG_FILE"

15.12 文件误删恢复

紧急操作流程

发现文件误删后，立即停止一切写入操作，防止被删除的数据块被覆盖：

umount 分区：umount /dev/sdXn（如果在 /home 等非根分区）
只读重挂载：mount -o remount,ro /（根分区无法 umount 时）
判断文件系统类型：df -Th /path 或 blkid /dev/sdXn
选择恢复路径：根据文件系统类型选择对应工具
决策流程：ext4 → extundelete/debugfs；Btrfs → snapper rollback；格式化后 → photorec；分区表损坏 → testdisk

ext4 恢复：extundelete

原理：基于 ext4 的 journal（日志）回溯，扫描 journal 中尚未提交的 inode 和间接块引用，恢复被删除的文件。

# 安装
apt install extundelete      # Debian/Ubuntu
yum install extundelete      # RHEL/CentOS
 
# 恢复单个文件
extundelete /dev/sdXn --restore-file path/to/deleted/file
 
# 恢复整个目录
extundelete /dev/sdXn --restore-dir path/to/deleted/dir/
 
# 恢复所有已删除文件
extundelete /dev/sdXn --restore-all
 
# 指定输出目录
extundelete --output-dir /tmp/recovered /dev/sdXn --restore-all

限制：必须卸载或只读挂载分区；如果 journal 已被覆写或已执行 fsck，恢复率大幅下降。

通用文件雕刻：photorec

原理：不依赖文件系统元数据，按文件头（magic bytes）逐扇区扫描。支持 ext2/3/4、NTFS、FAT、exFAT 等几乎所有文件系统，甚至格式化后的磁盘。

# 安装
apt install testdisk        # photorec 包含在 testdisk 中
 
# 交互式运行
photorec /dev/sdXn
 
# 操作步骤：
# 1. 选择磁盘/分区
# 2. 选择文件系统类型（通常选 [Other] → ext4）
# 3. 选择恢复文件的存储位置（不要写回原分区！）
# 4. 选择要恢复的文件类型
# 5. 等待扫描完成

适用场景：格式化后恢复、文件系统严重损坏、多种文件类型混合恢复。

限制：文件名丢失，恢复出的文件按编号命名（f12345.jpg）；大文件可能被截断；恢复速度取决于磁盘大小。

分区恢复：testdisk

# 安装
apt install testdisk
 
# 启动
testdisk /dev/sdX
 
# 主要功能：
# 1. 分区表恢复（Advanced → 选择磁盘 → Boot → Recovery）
# 2. 修复引导（Boot → Rebuild BS）
# 3. 恢复已删除分区（Analyse → Quick Search）

操作流程：

选择目标磁盘
选择分区表类型（Intel/PC、EFI GPT）
Analyse → Quick Search → 找到丢失的分区
选择分区 → Write 写入分区表

ext4 底层调试：debugfs

# 安装
apt install e2fsprogs
 
# 打开文件系统
debugfs /dev/sdXn
 
# 在 debugfs 中：
# 列出最近删除的 inode
debugfs -R 'lsdel' /dev/sdXn
 
# 查看 inode 详情
debugfs -R 'stat <12345>' /dev/sdXn
 
# 恢复指定 inode
debugfs -R 'dump <12345> /tmp/recovered_file' /dev/sdXn

精确恢复流程：

lsdel 列出最近删除的 inode
根据大小和时间找到目标 inode
stat <inode> 确认文件内容
dump <inode> <output> 导出文件
undel <inode> <pathname> 恢复文件名关联

Btrfs 快照回滚恢复

# 列出快照，找到误删前的时间点
snapper list
 
# 找到目标快照后回滚
snapper rollback <snapshot-number>
 
# 或者直接从快照复制文件
cp /mnt/.snapshots/<snap>/subvol/@/path/to/file /mnt/recovered/

优势：秒级完成、数据完整、无需第三方工具、保留原始文件名和权限。

xfs 恢复

# xfs_repair — 修复文件系统（类似 fsck）
xfs_repair /dev/sdXn
 
# xfs_db — 底层调试
xfs_db /dev/sdXn
# xfs_db 中：
# p      — 打印当前 inode 信息
# ls     — 列出目录内容
# ftree  — 遍历文件树
# quit   — 退出

恢复工具选择表

工具	文件系统	场景	优势	限制
extundelete	ext4	删除后恢复	基于 journal，恢复率高	需卸载，journal 被覆写后效果差
photorec	通用	格式化/损坏后恢复	不依赖文件系统	文件名丢失，大文件截断
testdisk	通用	分区表损坏/分区恢复	恢复分区表和引导	不直接恢复文件
debugfs	ext4	精确恢复单个文件	底层精确操作	操作复杂，需手动定位 inode
snapper rollback	Btrfs	快照回滚	秒级、完整、无损	依赖预先创建的快照
xfs_repair	XFS	文件系统修复	官方工具，可靠性高	不恢复已删除文件

RootStack

探索

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