数据库教程FGMT56‑PostgreSQL日志挖掘与底层恢复

### 前言

风哥教程本文面向DBA、数据库运维工程师、数据库架构师，完整讲解PostgreSQL各类日志体系、WAL预写日志底层原理、日志挖掘解析技术、故障场景底层数据恢复。在数据库运维生产实践中，误DROP表、误DELETE大量业务数据、磁盘故障、实例异常崩溃、控制文件损坏等场景频繁出现；很多运维人员仅会使用逻辑备份恢复，忽视WAL日志底层挖掘与PITR时间点恢复能力。当逻辑备份距离误操作时间较远时，只有依靠预写日志才能够最大限度挽回业务数据。

本套风哥教程采用两台标准化主机`fgedu‑net‑cn1`、`fgedu‑net‑cn2`，硬件规格统一**64G内存、8CPU**；数据根目录统一使用`/fgedudb`；实例名、业务数据库名、业务用户名固定为`fgedudb`、`fgedudb`、`fgedu`。风哥教程本文包含日志底层理论、WAL归档配置、日志挖掘工具实操、PITR时间点恢复完整演练、严重损坏场景底层应急修复、风险警告与生产检查清单，全部命令可以在测试环境直接复现，帮助从业者建立“日志‑备份‑恢复”完整故障处置思维。

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### 风哥教程本文内容大纲

1. PostgreSQL日志体系基础理论：运行日志、WAL预写日志、clog事务提交日志、逻辑解码日志的分工；LSN日志序列号、时间线Timeline核心概念；64G/8C硬件环境下日志相关参数基线。

2. WAL预写日志底层原理：WAL写入规则、段文件复用机制、归档机制；崩溃恢复与PITR时间点恢复底层逻辑；pg_control控制文件作用。

3. 日志挖掘工具原理：pg_waldump原生解析工具，逻辑解码wal2json，第三方walminer挖掘工具的适用边界，各工具优缺点对比。> 

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4. WAL归档生产配置实战：postgresql.conf归档参数配置，归档目录规划，archive_command、restore_command编写，归档有效性校验。

5. 原生WAL日志挖掘实战：pg_waldump解析WAL段文件，按LSN、事务ID、表OID过滤日志；wal2json逻辑解码输出DML变更记录。

6. PITR时间点恢复完整实战演练：基础备份制作，模拟误删业务表故障，基于时间点、恢复点两种模式执行时间点恢复，恢复结果校验。

7. 底层应急恢复场景实战：实例崩溃无法启动，pg_control损坏，WAL段文件损坏；pg_resetwal工具使用以及致命风险；数据目录损坏后的处置流程。

8. 日志与恢复巡检脚本开发：WAL归档状态巡检、备份有效性检查脚本，恢复演练标准化流程。

9. 生产风险总结：各类恢复手段适用边界，禁止操作清单，上线前演练要求。

本套风哥教程篇幅分配：前言大纲占全文5%；底层理论原理占全文30%；实战命令、故障模拟演练占全文60%；结尾总结占全文5%。

## 一、PostgreSQL日志体系基础理论

### 1.1 四大日志组件分工理论

PostgreSQL内部有多套独立日志，各自承担不同职责，很多运维人员容易混淆运行日志与WAL预写日志，导致故障处置走弯路。

1. **数据库运行日志（Server Log）**

可读文本日志，记录数据库启动关闭、ERROR/FATAL/PANIC报错、慢查询、checkpoint信息、vacuum执行日志。**该日志不记录业务DML变更**，只能用来排查报错、性能问题，不能用来恢复误删除的数据。路径由`log_directory`参数指定，可以安全轮转、删除，不会影响实例数据一致性。

2. **WAL预写日志（Write‑Ahead‑Logging）**

二进制重做日志，强制开启，存放在`pg_wal`目录。所有数据页修改必须优先写入WAL日志落盘，再刷新数据文件。承担三大核心职责：实例崩溃恢复、流复制主从同步、PITR时间点恢复。WAL段文件默认16MB，文件命名由时间线、LSN编号组成。**WAL不可以随意手动删除，删除会直接破坏恢复能力**。

3. **CLOG事务提交日志**

位于`pg_xact`目录，记录每一个事务的提交状态（提交、回滚、进行中），MVCC读取元组时用来判断事务可见性。属于系统内部元数据日志，不对外提供解析工具，损坏会直接造成实例不可启动。

4. **逻辑解码日志输出**

不属于磁盘独立文件，是从WAL日志中解析出来的逻辑变更流，输出JSON、文本格式，用于逻辑复制、数据同步、日志挖掘，需要wal_level设置为logical才可以完整输出行变更记录。

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### 1.2 LSN与Timeline时间线核心概念

1. **LSN（Log Sequence Number）日志序列号**

LSN是WAL日志内部全局唯一偏移编号，格式`0/ABCDEF88`，每一条WAL记录都会分配LSN。可以理解为WAL日志内部的“时间戳”，PITR恢复、流复制全部依靠LSN定位日志位置。系统视图`pg_stat_replication`、`pg_control_system`可以查询当前LSN位置。

2. **Timeline时间线**

时间线编号，初始为1。当执行PITR时间点恢复完成，数据库会生成新的时间线，代表一条新的WAL分支。不同时间线WAL文件不能互相混用，归档目录会生成`.history`时间线历史文件。如果归档丢失时间线历史文件，PITR恢复会失败。

### 1.3 64G内存8CPU主机日志相关基线参数

针对`fgedu‑net‑cn1`、`fgedu‑net‑cn2`生产业务主机，WAL与日志基础参数基线，写入postgresql.conf：

```

#WAL基础参数

wal_level = replica

max_wal_size = 8GB

min_wal_size = 2GB

wal_buffers = 16MB

checkpoint_timeout = 15min

checkpoint_completion_target = 0.9

archive_mode = on

archive_timeout = 60

#运行日志参数

logging_collector = on

log_directory='/fgedudb/fgedudb_log'

log_filename='pg‑%Y%m%d_%H%M%S.log'

log_min_duration_statement = 200

log_checkpoints = on

log_connections = on

log_disconnections = on

```

- `max_wal_size`控制WAL循环复用的最大总大小，64G主机设置8GB，避免高写入场景WAL文件数量暴涨；

- `archive_timeout=60`，低写入业务，最长60秒强制切换WAL段，保证归档不会长时间停滞。

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## 二、WAL预写日志底层原理

### 2.1 WAL核心规则：预写原则

WAL核心准则：**对数据文件的修改，必须等对应的WAL记录已经刷入磁盘之后，才可以写入数据页**。事务提交时，强制fsync将WAL缓冲区持久化磁盘；就算数据库瞬间断电崩溃，重启实例读取WAL，重放已经提交事务、回滚未完成事务，保证ACID持久性。

WAL段文件循环复用：当WAL段内所有记录对应的检查点已经完成，旧WAL段会被复用覆盖；开启archive_mode归档之后，只有段文件归档成功之后，才会被复用。**如果归档脚本执行失败，WAL段不会被清理，pg_wal目录磁盘会持续上涨，直至磁盘占满**，是生产高频故障点。

### 2.2 崩溃恢复与PITR时间点恢复原理

1. **崩溃恢复**：实例异常关闭，下次启动读取pg_control，找到最后检查点对应的LSN，从该位置重放本地pg_wal目录WAL记录，恢复数据库一致性，不需要外部归档文件。

2. **PITR连续归档时间点恢复**：

流程分为两步：①恢复一份完整基础物理备份；②读取外部归档WAL文件持续重放，可以在**指定时间点、指定LSN、指定命名恢复点**停止重放，得到故障发生之前的数据库状态。> 

> 关键点：PITR恢复目标时间必须晚于基础备份结束时间；不能恢复到备份执行过程中的时间点。

### 2.3 pg_control控制文件作用

`pg_control`位于数据目录，存储实例全局元数据：数据库系统标识符、最新检查点LSN、时间线、WAL段大小、数据库状态（正常关闭/异常关闭）。实例启动优先读取pg_control，如果该文件损坏，实例直接拒绝启动。pg_resetwal工具会重写pg_control，属于最后应急手段，存在极高数据丢失风险。

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## 三、日志挖掘工具原理

### 3.1 pg_waldump原生工具

pg_waldump是官方自带二进制WAL解析工具，直接读取WAL段文件，输出底层物理层面操作记录：堆表增删改、索引修改、检查点、事务提交记录。

特点：不需要安装扩展，数据库不启动也可以解析磁盘上WAL文件；输出的是物理块操作，**不会直接输出原始SQL语句**；可以按LSN、事务ID、表OID做过滤，适合故障溯源，分析发生了什么物理变更，不能直接拿来执行恢复业务数据SQL。

### 3.2 wal2json逻辑解码扩展

wal2json属于contrib扩展，基于逻辑解码，数据库实例运行状态下，通过复制协议解析WAL，输出JSON格式行变更记录（insert/update/delete的行前后数据）。

特点：输出业务行数据，可用来还原业务变更；**必须数据库实例正常启动，WAL段还没有被复用覆盖才可以解析；已经关闭的实例磁盘上的旧WAL文件不能直接用wal2json离线解析**。适合实时数据同步，不适合故障之后离线日志挖掘。

### 3.3 walminer第三方挖掘工具

开源离线WAL挖掘工具，可以直接解析磁盘上归档WAL文件，把物理WAL记录翻译成INSERT/UPDATE/DELETE/UNDO回滚SQL，故障场景可以直接导出可执行SQL脚本。

限制：属于第三方非官方组件，版本兼容性强绑定，大版本升级之后需要重新编译，生产环境需要提前在测试环境验证兼容性，不建议未测试直接上生产环境做应急恢复。

### 3.4 工具选型决策矩阵

| 工具 | 离线解析磁盘WAL | 输出原始SQL | 需要实例运行 | 官方自带 | 适用场景 |

| --- | --- | --- | --- | --- | --- |

| pg_waldump | ✅ | ❌ | ❌ | ✅ | 故障溯源，定位LSN、事务ID |

| wal2json | ❌ | ✅JSON | ✅ | ❌ | 实时逻辑同步 |

| walminer | ✅ | ✅SQL | ❌ | ❌ | 误操作后离线挖掘生成回滚SQL |

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## 四、WAL归档生产配置实战

实操主机`fgedu‑net‑cn1`，实例数据目录`/fgedudb/fgedudb_data`；归档文件存放目录`/fgedudb/fgedudb_archive`；备份目录`/fgedudb/fgedudb_backup`。

### 4.1 创建归档目录，设置权限

操作系统root执行：

```

mkdir -p /fgedudb/fgedudb_archive

chown -R postgres:postgres /fgedudb

chmod 700 /fgedudb/fgedudb_archive

```

### 4.2 postgresql.conf归档核心参数修改

编辑`/fgedudb/fgedudb_data/postgresql.conf`

```

wal_level = replica

archive_mode = on

archive_command = 'test ! -f /fgedudb/fgedudb_archive/%f && cp %p /fgedudb/fgedudb_archive/%f'

archive_timeout = 60

```

参数说明：

- `%p`代表待归档WAL文件完整路径；`%f`仅代表WAL文件名；

- `test ! -f`判断目标文件不存在，避免重复归档覆盖；

- archive_timeout=60，低写入业务每60秒强制切换WAL，防止长时间不产生WAL段，归档停滞。

修改完成，重启实例生效：

```

pg_ctl -D /fgedudb/fgedudb_data restart

```

### 4.3 校验归档是否正常工作

登录psql，手动触发WAL段切换：

```

SELECT pg_switch_wal();

```

shell查看归档目录，确认已经生成WAL归档文件：

```

ls -lh /fgedudb/fgedudb_archive

```

查看归档状态系统视图：

```

SELECT * FROM pg_stat_archiver;

```

重点观测`archived_count`持续上涨，`failed_count`保持为0；一旦failed_count大于0代表归档脚本执行失败，需要立刻排查磁盘、权限问题。

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### 4.4 restore_command恢复参数说明（恢复阶段使用）

做PITR恢复时，在恢复配置中配置restore_command，告诉数据库去哪里读取归档WAL文件。

```

restore_command = 'cp /fgedudb/fgedudb_archive/%f %p'

```

该参数**平时主库运行阶段不要配置，仅恢复场景配置**。

## 五、原生WAL日志挖掘实战

### 5.1 pg_waldump基础实操（fgedu‑net‑cn1主机）

切换postgres操作系统用户，pg_waldump二进制程序路径根据部署方式确定。

查看pg_wal目录段文件列表：

```

ls -lh /fgedudb/fgedudb_data/pg_wal/

```

#### 5.1.1 解析单个WAL段文件，输出全部记录

```

pg_waldump /fgedudb/fgedudb_data/pg_wal/000000010000000000000001

```

输出字段解读：

`rmgr:Heap`代表堆表操作；`tx:1489`代表事务ID；`lsn:0/1A002188`代表该记录LSN编号；`DELETE off 3`代表删除数据页内第3条元组。

#### 5.1.2 根据LSN范围过滤日志

指定起始LSN、结束LSN，只解析该区间WAL记录，故障定位非常常用：

```

pg_waldump -s 0/1A000000 -e 0/1AFFFFFF /fgedudb/fgedudb_data/pg_wal/000000010000000000000001

```

#### 5.1.3 根据表OID过滤WAL记录

首先查询业务表`fg_user.t_user`的OID编号：

```

SELECT oid,relname FROM pg_class WHERE relname='t_user';

```

假设oid=16520，使用`‑‑relation`过滤，只输出该表相关WAL操作：

```

pg_waldump --relation=1663/16400/16520 /fgedudb/fgedudb_data/pg_wal/000000010000000000000001

```

#### 5.1.4 持续实时跟踪WAL输出（类似tail‑f）

```

pg_waldump -f /fgedudb/fgedudb_data/pg_wal/000000010000000000000001

```

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### 5.2 wal2json逻辑解码实战

wal2json需要安装contrib扩展，wal_level设置为logical。

修改postgresql.conf：

```

wal_level = logical

```

重启实例。登录fgedudb数据库执行：

```

CREATE EXTENSION wal2json;

--创建逻辑复制槽

SELECT pg_create_logical_replication_slot('slot_wal2json','wal2json');

--消费变更，输出json格式DML

SELECT * FROM pg_logical_slot_get_changes('slot_wal2json',NULL,NULL);

```

执行测试DML，观察输出JSON内容，里面包含旧行、新行数据。测试完成释放复制槽：

```

SELECT pg_drop_replication_slot('slot_wal2json');

```

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> 注意：wal2json必须实例运行，WAL没有被复用；如果已经发生误删，实例已经关闭，不能拿磁盘上旧WAL文件用wal2json做离线挖掘。

## 六、PITR时间点恢复完整实战演练

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> 实验场景：`fgedu‑net‑cn1`主机，业务库`fgedudb`，业务表`fg_user.t_user`，模拟运维人员误执行DROP TABLE删除业务表；使用基础备份+归档WAL恢复到删表操作之前时间点。

### 6.1 制作pg_basebackup基础物理备份

postgres用户执行，输出备份集到`/fgedudb/fgedudb_backup/base_full`

```

pg_basebackup -D /fgedudb/fgedudb_backup/base_full -Ft -z -P -X fetch

```

参数说明：`‑D`备份目标目录；`‑Ft`输出tar包；`‑z`压缩；`‑P`输出进度；`‑X fetch`备份时同步拷贝需要的WAL。备份完成，保留好该基础备份，同时WAL归档目录`/fgedudb/fgedudb_archive`持续保存归档段文件。

### 6.2 模拟业务与误操作

登录psql，写入测试业务数据，记录当前时间戳（记住该时间，后面恢复目标时间需要晚于备份完成时间，早于drop table时间）。

```

\c fgedudb

INSERT INTO fg_user.t_user(username) VALUES ('test01'),('test02'),('test03');

SELECT now();

--模拟误操作，删除业务表

DROP TABLE fg_user.t_user;

```

### 6.3 PITR恢复操作步骤

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> 重要：恢复操作不要在原生产实例数据目录直接操作，把备份恢复到全新目录，避免原始数据被覆盖破坏。

1. 停止原有生产实例

```

pg_ctl -D /fgedudb/fgedudb_data stop -m fast

```

2. 创建全新恢复目标数据目录，解压基础备份

```

mkdir -p /fgedudb/fgedudb_restore_data

chown postgres:postgres /fgedudb/fgedudb_restore_data

chmod 700 /fgedudb/fgedudb_restore_data

#解压pg_basebackup tar备份到恢复目录

tar -izxf /fgedudb/fgedudb_backup/base_full/base.tar -C /fgedudb/fgedudb_restore_data

```

3. 创建恢复配置文件`postgresql.auto.conf`，写入恢复参数，指定恢复目标时间（删表之前的时间）

```

restore_command = 'cp /fgedudb/fgedudb_archive/%f %p'

recovery_target_time = '2026‑09‑16 10:20:00+08'

recovery_target_action = 'promote'

```

- `recovery_target_time`：指定恢复到哪个时间点停止重放WAL；

- `recovery_target_action=promote`：到达目标时间之后自动提升为可读写实例。

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4. 启动恢复实例，开始WAL重放

```

pg_ctl -D /fgedudb/fgedudb_restore_data start -l /fgedudb/fgedudb_log/restore.log

```

观察日志文件`/fgedudb/fgedudb_log/restore.log`，日志输出“recovery has reached the target time”代表已经到达目标时间，自动promote完成。

5. 校验恢复结果，登录恢复后的实例，检查表是否存在，业务数据完整

```

psql -D /fgedudb/fgedudb_restore_data -d fgedudb

```

```

SELECT * FROM fg_user.t_user;

```

可以看到drop table之前的数据完整存在，删表操作的WAL没有被重放进来，演练完成。

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> 补充其他恢复目标模式：

1. 命名恢复点模式：`SELECT pg_create_restore_point('before_drop_table');`，恢复配置写`recovery_target_name = 'before_drop_table'`；

2. LSN恢复模式：`recovery_target_lsn='0/1A001234'`。

## 七、底层应急恢复场景实战

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> ⚠️下面工具属于**最后应急手段，优先使用备份+PITR；不到万不得已禁止使用pg_resetwal，会存在大规模数据丢失风险**。

### 7.1 场景一：实例无法启动，pg_control损坏

现象：启动数据库直接报错，提示pg_control读取失败。

排查步骤：

1. 优先查看运行日志`/fgedudb/fgedudb_log`确认报错信息；

2. 如果存在完好pg_basebackup基础备份，优先使用备份恢复，不要尝试修复原损坏目录；

3. 完全没有备份，才考虑pg_resetwal作为最后手段。

pg_resetwal命令说明，**‑f强制参数只有数据目录非正常关闭才需要带上**：

```

#警告！执行有可能大量丢失数据，测试环境演练使用

pg_resetwal -D /fgedudb/fgedudb_data -f

```

执行之后会重置WAL、重写pg_control；丢失重置点之前WAL所有崩溃恢复能力，实例可以启动，但是数据会存在不一致风险。执行完成必须立刻做pg_dump逻辑全库备份。

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### 7.2 场景二：部分WAL归档文件丢失，PITR恢复中断

现象：执行PITR重放WAL时，restore_command找不到某一个WAL段文件，恢复进程直接停止。

处理方案：

1. 如果丢失的WAL段在基础备份时间点之后，PITR无法继续向前重放，本次恢复只能到此LSN为止；

2. 只能拿到到此丢失文件之前的数据库状态，丢失该WAL之后的所有变更全部丢失；

3. 更换更早的一份基础备份重新执行PITR。

### 7.3 场景三：磁盘故障，少量数据文件损坏，WAL完整

数据块损坏，实例启动报page checksum校验失败。优先操作：

1. 使用基础备份执行PITR恢复；

2. 无备份场景可以开启`ignore_invalid_pages`参数尝试启动实例，跳过损坏页面，会丢失损坏页面内数据，导出剩余有效数据。

```

ignore_invalid_pages=on

```

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> 该参数仅应急抢救数据，启动之后立刻pg_dump导出，导出完成之后废弃该数据目录，不要继续用于生产业务。

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## 八、日志与恢复巡检脚本开发

脚本路径`/fgedudb/script/pg_wal_check.sh`，用于日常巡检WAL归档状态、pg_wal目录大小、归档失败计数。

```

#!/bin/bash

PGDATA=/fgedudb/fgedudb_data

ARCHIVE_DIR=/fgedudb/fgedudb_archive

PG_USER=postgres

echo "========WAL归档巡检 $(date)========"

#1.查看pg_wal目录占用

echo "1.pg_wal目录磁盘占用"

du -sh ${PGDATA}/pg_wal

ls -1 ${PGDATA}/pg_wal|wc -l

#2.查询归档统计视图

psql -U ${PG_USER} -d postgres -t <<EOF

SELECT archived_count,failed_count,last_archived_wal,last_archived_time

FROM pg_stat_archiver;

EOF

#3.归档目录文件数量统计

echo -e "\n2.归档目录文件数量"

ls -1 ${ARCHIVE_DIR}|wc -l

#4.检查pg_control信息

echo -e "\n3.pg_control状态信息"

pg_controldata -D ${PGDATA} |grep "Database cluster state"

echo "========巡检结束========"

```

赋予执行权限，配置crontab每日定时执行：

```

mkdir -p /fgedudb/script

chmod +x /fgedudb/script/pg_wal_check.sh

/fgedudb/script/pg_wal_check.sh

```

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## 九、恢复演练标准化流程

生产环境不能只做备份，必须定期完整恢复演练，演练步骤清单：

1. 使用pg_basebackup生成基础物理备份；

2. 保留完整WAL归档序列；

3. 把备份解压到独立全新目录，执行一次完整PITR时间点恢复；

4. 业务表数据抽样校验，确认数据完整性；

5. 记录演练时间，确认备份、归档、restore_command全部工作正常。

## 风哥针对本文总结

风哥教程本文完整讲解PostgreSQL日志体系、WAL预写日志底层原理、日志挖掘解析、PITR时间点恢复、底层应急故障处置整套知识。运维人员必须分清运行文本日志和二进制WAL预写日志的定位：运行日志用来排查报错，**真正支撑误操作恢复、崩溃恢复的是WAL预写日志**。

两台标准化主机`fgedu‑net‑cn1`、`fgedu‑net‑cn2`全部实操命令基于64G内存8CPU硬件规格，生产落地几个关键风险要点：

1. 生产开启WAL归档，监控`pg_stat_archiver`的failed_count，归档失败会造成pg_wal目录磁盘暴涨，甚至实例不可写入；

2. pg_waldump官方工具可以离线解析WAL做故障溯源，但是不会输出可直接执行的业务SQL；wal2json需要实例正常运行；walminer第三方工具离线挖掘SQL，上线前务必在测试环境验证版本兼容性。

3. PITR时间点恢复，恢复目标时间必须晚于基础备份的结束时间；归档目录必须保存完整连续WAL段序列，中间丢失任意一个WAL文件，时间点恢复就无法继续向前重放。

4. pg_resetwal属于终极应急手段，万不得已才可以使用，执行之后会丢失WAL崩溃恢复能力，存在数据不一致风险，优先使用备份恢复方案。

5. 备份不等于高可用，必须定期执行完整恢复演练；只备份从来不做恢复演练，等同于没有备份。

6. LSN、Timeline时间线是WAL恢复的核心概念，归档目录里面的时间线history文件不可以随意删除，缺失会直接导致PITR恢复失败。