背景
先前 PG 版本 pg_basebackup 的代码较为复杂，pg_basebackup 在备份过程中做了很多事情，但这部分代码逻辑没有完全解耦，导致一个文件里包含了很多功能的逻辑，影响了代码的可读性和可修改性。
因此，PG 15 针对这部分代码做了一个重构，在保证提供的功能没有发生变化的前提下，完成了模块间的解耦。
本文将针对重构这部分代码进行解析，建议先阅读下面 背景知识介绍 对应的文章。
- 背景知识介绍：PostgreSQL物理备份内部原理
- pg_basebackup 文档：https://www.postgresql.org/docs/15/app-pgbasebackup.html
- 社区重构 commit：https://github.com/postgres/postgres/commit/23a1c6578c87fca0e361c4f5f9a07df5ae1f9858
- 本文 PG 代码版本：15.1
整体架构
PG 15 的 pg_basebackup 部分采用 管道-过滤器 风格（数据流风格的一种），引入 bbstreamer 这个抽象结构，所有的过滤器都是 bbstreamer 的扩展。
举一个简单的例子，使用下述语句将 server 端的数据进行备份，并将输出重定向到标准输出。
pg_basebackup -h localhost -U postgres -p 5432 -Xf -Ft -D-
那么，整个数据流的处理如下图所示
执行 pg_basebackup 后，server 端会发送若干个 tar 包给 pg_basebackup 对应的进程，对于每一个 tar 包，pg_basebackup 进程都将其视作数据流处理，并让数据流经过若干个过滤器进行处理：
- bbstreamer_tar_parser：负责解析 server 端发来的 tar 文件，并将处理后的数据流向下一个过滤器；
- bbstreamer_tar_archiver: 负责组装 tar 包操作，对数据进行进一步处理并将其流向下一个过滤器；
- bbstreamer_tar_file：负责最终的文件写入操作，将数据流写入指定的文件中。
代码分析
bbstreamer 结构分析
bbstreamer 结构的详细内容参考 bbstreamer.h 文件，里面解释非常全面。这里介绍两个主要结构体
struct bbstreamer
{
const bbstreamer_ops *bbs_ops; /* 当前 bbstreamer 结构的函数指针 */
bbstreamer *bbs_next; /* 指向下一个 bbstreamer 结构 */
StringInfoData bbs_buffer; /* 临时 buffer */
};
struct bbstreamer_ops
{
/* 函数指针：实现 bbstreamer 过滤器需要针对数据流的具体操作 */
void (*content) (bbstreamer *streamer, bbstreamer_member *member,
const char *data, int len,
bbstreamer_archive_context context);
/* 函数指针：bbstreamer 清理函数 */
void (*finalize) (bbstreamer *streamer);
void (*free) (bbstreamer *streamer);
};
用面向对象的角度来看，bbstreamer 结构体可以看成基类，上文说的类似 bbstreamer_tar_parser 都可以看成它的子类，尤其扩展而来，并实现 bbstreamer_ops 里的三个函数。
处理流程
筛选出 pg_basebackup 中的关键函数后，整体的函数流程图如下所示
- 用户使用 pg_basebackup 后，经过初始化处理进入
BaseBackup函数； - 如果 server 端为 PG 15 版本，调用
ReceiveArchieveStream函数接收数据流； ReceiveCopyData函数循环接收数据，并调用回调函数ReceiveArchieveStreamChunk进行处理；ReceiveArchieveStreamChunk函数负责一系列 bbstreamer 结构的初始化，以及使用 bbstreamer 结构体进行后续处理；- 处理完毕后，针对各 streamer 进行清理操作；
对于第 4 步，我们还是使用之前的例子来做具体分析
pg_basebackup -h localhost -U postgres -p 5432 -Xf -Ft -D-
其入口函数就是下面这个 bbstreamer_content 函数，该函数会调用当前 bbstreamer 对应实现的 content 函数。
/* Send some content to a bbstreamer. */
static inline void
bbstreamer_content(bbstreamer *streamer, bbstreamer_member *member,
const char *data, int len,
bbstreamer_archive_context context)
{
Assert(streamer != NULL);
streamer->bbs_ops->content(streamer, member, data, len, context);
}
对于上面的 pg_basebackup 命令，当到了最后一个过滤器 bbstreamer_plain_writer 时，会将内容写到 base.tar 中，此时的函数堆栈如下
(gdb) bt
#0 bbstreamer_plain_writer_content ()
at bbstreamer_file.c:110
#1 0x0000000000409c94 in bbstreamer_content ()
at bbstreamer.h:131
#2 0x000000000040a774 in bbstreamer_tar_archiver_content ()
at bbstreamer_tar.c:437
#3 0x0000000000409c94 in bbstreamer_content ()
at bbstreamer.h:131
#4 0x000000000040a47d in bbstreamer_tar_header ()
at bbstreamer_tar.c:310
#5 0x0000000000409f5f in bbstreamer_tar_parser_content ()
at bbstreamer_tar.c:142
#6 0x0000000000403607 in bbstreamer_content ()
at bbstreamer.h:131
#7 0x0000000000405de8 in ReceiveArchiveStreamChunk ()
at pg_basebackup.c:1449
下面省略若干行上层函数堆栈
可以看到，对于三个过滤器，每个过滤器执行完当前 bbstreamer 对应的函数后，都会继续调用下一个过滤器对应的 bbstreamer 函数，直到 bbstreamer_plain_writer_content 完成写 tar 文件，不再递归调用。
总结
PG 15 针对 pg_basebackup 这部分的重构，较好的完成了模块间的解耦。如果需要针对数据流做额外的修改操作，只需要按照其设计模式新增一个过滤器即可。例如不想直接写 tar 文件，想使用 gzip 额外进行压缩，只需要将最后的 bbstreamer_plain_writer 换成 bbstreamer_gzip_writer 即可。开发者在熟悉了这一架构后，可以非常快的进行开发。
参考资料
[1] http://mysql.taobao.org/monthly/2018/08/06/
[2] https://www.postgresql.org/docs/15/app-pgbasebackup.html
[3] https://github.com/postgres/postgres/commit/23a1c6578c87fca0e361c4f5f9a07df5ae1f9858
