说说MySQL中的Redo log Undo log都在干啥

    在数据库系统中,既有存放数据的文件,也有存放日志的文件。日志在内存中也是有缓存Log buffer,也有磁盘文件log file,本文主要描述存放日志的文件。
    MySQL中的日志文件,有这么两类常常讨论到:undo日志与redo日志。

1 undo

1.1 undo是啥

undo日志用于存放数据修改被修改前的值,假设修改 tba 表中 id=2的行数据,把Name='B' 修改为Name = 'B2' ,那么undo日志就会用来存放Name='B'的记录,如果这个修改出现异常,可以使用undo日志来实现回滚操作,保证事务的一致性。
对数据的变更操作,主要来自 INSERT UPDATE DELETE,而UNDO LOG中分为两种类型,一种是 INSERT_UNDO(INSERT操作),记录插入的唯一键值;一种是 UPDATE_UNDO(包含UPDATE及DELETE操作),记录修改的唯一键值以及old column记录。
Id Name
1 A
2 B
3 C
4
D

1.2 undo参数

MySQL跟undo有关的参数设置有这些:
 1 mysql> show global variables like '%undo%';
 2 +--------------------------+------------+
 3 | Variable_name            | Value      |
 4 +--------------------------+------------+
 5 | innodb_max_undo_log_size | 1073741824 |
 6 | innodb_undo_directory    | ./         |
 7 | innodb_undo_log_truncate | OFF        |
 8 | innodb_undo_logs         | 128        |
 9 | innodb_undo_tablespaces  | 3          |
10 +--------------------------+------------+
11  
12 mysql> show global variables like '%truncate%';
13 +--------------------------------------+-------+
14 | Variable_name                        | Value |
15 +--------------------------------------+-------+
16 | innodb_purge_rseg_truncate_frequency | 128   |
17 | innodb_undo_log_truncate             | OFF   |
18 +--------------------------------------+-------+
  • innodb_max_undo_log_size
    控制最大undo tablespace文件的大小,当启动了innodb_undo_log_truncate 时,undo tablespace 超过innodb_max_undo_log_size 阀值时才会去尝试truncate。该值默认大小为1G,truncate后的大小默认为10M。
  • innodb_undo_tablespaces 
    设置undo独立表空间个数,范围为0-128, 默认为0,0表示表示不开启独立undo表空间 且 undo日志存储在ibdata文件中。该参数只能在最开始初始化MySQL实例的时候指定,如果实例已创建,这个参数是不能变动的,如果在数据库配置文 件 .cnf 中指定innodb_undo_tablespaces 的个数大于实例创建时的指定个数,则会启动失败,提示该参数设置有误。
    如果设置了该参数为n(n>0),那么就会在undo目录下创建n个undo文件(undo001,undo002 ...... undo n),每个文件默认大小为10M.
什么时候需要来设置这个参数呢?
    当DB写压力较大时,可以设置独立UNDO表空间,把UNDO LOG从ibdata文件中分离开来,指定 innodb_undo_directory目录存放,可以制定到高速磁盘上,加快UNDO LOG 的读写性能。
  • innodb_undo_log_truncate
   InnoDB的purge线程,根据innodb_undo_log_truncate设置开启或关闭、innodb_max_undo_log_size的参数值,以及truncate的频率来进行空间回收和 undo file 的重新初始化。
   该参数生效的前提是,已设置独立表空间且独立表空间个数大于等于2个。
   purge线程在truncate undo log file的过程中,需要检查该文件上是否还有活动事务,如果没有,需要把该undo log file标记为不可分配,这个时候,undo log 都会记录到其他文件上,所以至少需要2个独立表空间文件,才能进行truncate 操作,标注不可分配后,会创建一个独立的文件undo_<space_id>_trunc.log,记录现在正在truncate 某个undo log文件,然后开始初始化undo log file到10M,操作结束后,删除表示truncate动作的 undo_<space_id>_trunc.log 文件,这个文件保证了即使在truncate过程中发生了故障重启数据库服务,重启后,服务发现这个文件,也会继续完成truncate操作,删除文件结束后,标识该undo log file可分配。
  • innodb_purge_rseg_truncate_frequency
  用于控制purge回滚段的频度,默认为128。假设设置为n,则说明,当Innodb Purge操作的协调线程 purge事务128次时,就会触发一次History purge,检查当前的undo log 表空间状态是否会触发truncate。

1.3 undo空间管理

如果需要设置独立表空间,需要在初始化数据库实例的时候,指定独立表空间的数量。
UNDO内部由多个回滚段组成,即 Rollback segment,一共有128个,保存在ibdata系统表空间中,分别从resg slot0 - resg slot127,每一个resg slot,也就是每一个回滚段,内部由1024个undo segment 组成。
回滚段(rollback segment)分配如下:
  • slot 0 ,预留给系统表空间;
  • slot 1- 32,预留给临时表空间,每次数据库重启的时候,都会重建临时表空间;
  • slot33-127,如果有独立表空间,则预留给UNDO独立表空间;如果没有,则预留给系统表空间;
回滚段中除去32个提供给临时表事务使用,剩下的 128-32=96个回滚段,可执行 96*1024 个并发事务操作,每个事务占用一个 undo segment slot,注意,如果事务中有临时表事务,还会在临时表空间中的 undo segment slot 再占用一个 undo segment slot,即占用2个undo segment slot。如果错误日志中有:Cannot find a free slot for an undo log。则说明并发的事务太多了,需要考虑下是否要分流业务。
回滚段(rollback segment )采用 轮询调度的方式来分配使用,如果设置了独立表空间,那么就不会使用系统表空间回滚段中undo segment,而是使用独立表空间的,同时,如果回顾段正在 Truncate操作,则不分配。

2 redo

2.1 redo是啥

    当数据库对数据做修改的时候,需要把数据页从磁盘读到buffer pool中,然后在buffer pool中进行修改,那么这个时候buffer pool中的数据页就与磁盘上的数据页内容不一致,称buffer pool的数据页为dirty page 脏数据,如果这个时候发生非正常的DB服务重启,那么这些数据还没在内存,并没有同步到磁盘文件中(注意,同步到磁盘文件是个随机IO),也就是会发生数据丢失,如果这个时候,能够在有一个文件,当buffer pool 中的data page变更结束后,把相应修改记录记录到这个文件(注意,记录日志是顺序IO),那么当DB服务发生crash的情况,恢复DB的时候,也可以根据这个文件的记录内容,重新应用到磁盘文件,数据保持一致。
    这个文件就是redo log ,用于记录 数据修改后的记录,顺序记录。它可以带来这些好处:
  • 当buffer pool中的dirty page 还没有刷新到磁盘的时候,发生crash,启动服务后,可通过redo log 找到需要重新刷新到磁盘文件的记录;
  • buffer pool中的数据直接flush到disk file,是一个随机IO,效率较差,而把buffer pool中的数据记录到redo log,是一个顺序IO,可以提高事务提交的速度;
    假设修改 tba 表中 id=2的行数据,把Name='B' 修改为Name = 'B2' ,那么redo日志就会用来存放Name='B2'的记录,如果这个修改在flush 到磁盘文件时出现异常,可以使用redo log实现重做操作,保证事务的持久性。
Id Name
1 A
2 B
3 C
4
D
 
    这里注意下redo log 跟binary log 的区别,redo log 是存储引擎层产生的,而binary log是数据库层产生的。假设一个大事务,对tba做10万行的记录插入,在这个过程中,一直不断的往redo log顺序记录,而binary log不会记录,知道这个事务提交,才会一次写入到binary log文件中。binary log的记录格式有3种:row,statement跟mixed,不同格式记录形式不一样。

2.2 redo 参数

  • innodb_log_files_in_group
redo log 文件的个数,命名方式如:ib_logfile0,iblogfile1... iblogfilen。默认2个,最大100个。
  • innodb_log_file_size
文件设置大小,默认值为 48M,最大值为512G,注意最大值指的是整个 redo log系列文件之和,即(innodb_log_files_in_group * innodb_log_file_size )不能大于最大值512G。
  • innodb_log_group_home_dir
文件存放路径
  • innodb_log_buffer_size
Redo Log 缓存区,默认8M,可设置1-8M。延迟事务日志写入磁盘,把redo log 放到该缓冲区,然后根据 innodb_flush_log_at_trx_commit参数的设置,再把日志从buffer 中flush 到磁盘中。
  • innodb_flush_log_at_trx_commit
  • innodb_flush_log_at_trx_commit=1,每次commit都会把redo log从redo log buffer写入到system,并fsync刷新到磁盘文件中。
  • innodb_flush_log_at_trx_commit=2,每次事务提交时MySQL会把日志从redo log buffer写入到system,但只写入到file system buffer,由系统内部来fsync到磁盘文件。如果数据库实例crash,不会丢失redo log,但是如果服务器crash,由于file system buffer还来不及fsync到磁盘文件,所以会丢失这一部分的数据。
  • innodb_flush_log_at_trx_commit=0,事务发生过程,日志一直激励在redo log buffer中,跟其他设置一样,但是在事务提交时,不产生redo 写操作,而是MySQL内部每秒操作一次,从redo log buffer,把数据写入到系统中去。如果发生crash,即丢失1s内的事务修改操作。
  • 注意:由于进程调度策略问题,这个“每秒执行一次 flush(刷到磁盘)操作”并不是保证100%的“每秒”。
 

2.3 redo 空间管理

    Redo log文件以ib_logfile[number]命名,Redo log 以顺序的方式写入文件文件,写满时则回溯到第一个文件,进行覆盖写。(但在做redo checkpoint时,也会更新第一个日志文件的头部checkpoint标记,所以严格来讲也不算顺序写)。
实际上redo log有两部分组成:redo log buffer 跟redo log file。buffer pool中把数据修改情况记录到redo log buffer,出现以下情况,再把redo log刷下到redo log file:
  • Redo log buffer空间不足
  • 事务提交(依赖innodb_flush_log_at_trx_commit参数设置)
  • 后台线程
  • 做checkpoint
  • 实例shutdown
  • binlog切换

3 undo及redo如何记录事务

这部分内容推荐阅读这系列的博客,写的好好http://www.zhdba.com/mysqlops/2012/04/06/innodb-log1/
以下内容部分节选自这博客,感谢作者总结,深入浅出超好理解。

3.1 Undo + Redo事务的简化过程

  假设有A、B两个数据,值分别为1,2,开始一个事务,事务的操作内容为:把1修改为3,2修改为4,那么实际的记录如下(简化):
  A.事务开始.
  B.记录A=1到undo log.
  C.修改A=3.
  D.记录A=3到redo log.
  E.记录B=2到undo log.
  F.修改B=4.
  G.记录B=4到redo log.
  H.将redo log写入磁盘。
  I.事务提交

3.2  IO影响

  Undo + Redo的设计主要考虑的是提升IO性能,增大数据库吞吐量。可以看出,B D E G H,均是新增操作,但是B D E G 是缓冲到buffer区,只有G是增加了IO操作,为了保证Redo Log能够有比较好的IO性能,InnoDB 的 Redo Log的设计有以下几个特点:
 
  A. 尽量保持Redo Log存储在一段连续的空间上。因此在系统第一次启动时就会将日志文件的空间完全分配。 以顺序追加的方式记录Redo Log,通过顺序IO来改善性能。
  B. 批量写入日志。日志并不是直接写入文件,而是先写入redo log buffer.当需要将日志刷新到磁盘时 (如事务提交),将许多日志一起写入磁盘.
  C. 并发的事务共享Redo Log的存储空间,它们的Redo Log按语句的执行顺序,依次交替的记录在一起,
     以减少日志占用的空间。例如,Redo Log中的记录内容可能是这样的:
     记录1: <trx1, insert …>
     记录2: <trx2, update …>
     记录3: <trx1, delete …>
     记录4: <trx3, update …>
     记录5: <trx2, insert …>
  D. 因为C的原因,当一个事务将Redo Log写入磁盘时,也会将其他未提交的事务的日志写入磁盘。
  E. Redo Log上只进行顺序追加的操作,当一个事务需要回滚时,它的Redo Log记录也不会从Redo Log中删除掉。

3.3 恢复

前面说到未提交的事务和回滚了的事务也会记录Redo Log,因此在进行恢复时,这些事务要进行特殊的的处理。有2种不同的恢复策略:
 
  A. 进行恢复时,只重做已经提交了的事务。
  B. 进行恢复时,重做所有事务包括未提交的事务和回滚了的事务。然后通过Undo Log回滚那些
     未提交的事务。
 
  MySQL数据库InnoDB存储引擎使用了B策略, InnoDB存储引擎中的恢复机制有几个特点:
 
  A. 在重做Redo Log时,并不关心事务性。 恢复时,没有BEGIN,也没有COMMIT,ROLLBACK的行为。也不关心每个日志是哪个事务的。尽管事务ID等事务相关的内容会记入Redo Log,这些内容只是被当作要操作的数据的一部分。
  B. 使用B策略就必须要将Undo Log持久化,而且必须要在写Redo Log之前将对应的Undo Log写入磁盘。Undo和Redo Log的这种关联,使得持久化变得复杂起来。为了降低复杂度,InnoDB将Undo Log看作数据,因此记录Undo Log的操作也会记录到redo log中。这样undo log就可以象数据一样缓存起来,而不用在redo log之前写入磁盘了。
     包含Undo Log操作的Redo Log,看起来是这样的:
     记录1: <trx1, Undo log insert <undo_insert …>>
     记录2: <trx1, insert …>
     记录3: <trx2, Undo log insert <undo_update …>>
     记录4: <trx2, update …>
     记录5: <trx3, Undo log insert <undo_delete …>>
     记录6: <trx3, delete …>
  C. 到这里,还有一个问题没有弄清楚。既然Redo没有事务性,那岂不是会重新执行被回滚了的事务?
     确实是这样。同时Innodb也会将事务回滚时的操作也记录到redo log中。回滚操作本质上也是
     对数据进行修改,因此回滚时对数据的操作也会记录到Redo Log中。
     一个回滚了的事务的Redo Log,看起来是这样的:
     记录1: <trx1, Undo log insert <undo_insert …>>
     记录2: <trx1, insert A…>
     记录3: <trx1, Undo log insert <undo_update …>>
     记录4: <trx1, update B…>
     记录5: <trx1, Undo log insert <undo_delete …>>
     记录6: <trx1, delete C…>
     记录7: <trx1, insert C>
     记录8: <trx1, update B to old value>
     记录9: <trx1, delete A>
     一个被回滚了的事务在恢复时的操作就是先redo再undo,因此不会破坏数据的一致性。
 
posted @ 2017-03-15 16:58 苏家小萝卜 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏
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