MySQL日志文件系统

redo log

redo log是实现在数据引擎层的,记录的是物理日志,属于物理变更,记录了关于每一个数据页是如何发生改变的

作用:确保事务的持久性。防止在DB发生故障时,由于脏页未及时写入磁盘导致数据的丢失;在MySQL重启后能够根据redo log进行重做,从而达到事务的持久化。

存储方式:每个InnoDB至少有个redo log文件组,每个文件组下面至少有2个redo log文件,文件组下面的多个是循环写的。相关的参数如下:

  1. innodb_log_file_size:每个redo log的大小;
  2. innodb_log_files_in_group:每个redo log文件组中文件的数量;

写入时间:redo log并不是在事务提交之后才写入的,而是在事务开始的时候就已经开始写入redo log,随着事务的执行,不断的写入redo log。

释放时间:当脏页被刷入磁盘之后,redo log中相对应占用的空间就可以释放掉了。

具体过程:
InnoDB中存在有缓存池(buffer pool,简称bp),bp中是以页为单位进行管理的,每个页默认的大小是16KB,对DB的任何操作首先会作用于bp中。当修改一个数据库中的记录时,InnoDB会从磁盘中读取对应的页到缓冲池中,然后直接更改缓冲页,并将页标记为脏页(即缓冲页的数据与磁盘的数已经不一致,相反,一直的叫干净页),放置到Flush list,等待Master Thread或后台其他线程刷新到磁盘中。这样的好处是可以避免每次对磁盘进行随机IO,提高数据库的性能,将对页的更改merge到一次IO操作。
此时就会有个问题,当脏页还没来得及刷新到磁盘的时候,DB挂了,此时脏页的数据就丢失了。为了避免这个问题,InnoDB将所有对页面的修改先写入到一个专门的文件,并在数据库重启的时候,从该文件中读取数据进行恢复操作,就可以恢复到DB挂之前的状态,这个文件就是redo log这也叫做WAL技术(write ahead log策略),先写redo log,在写页,如果DB挂了,通过重组日志完成数据的恢复

当然,直接写磁盘的redo log的性能也挺低效的,因此,Innodb会先写入redo log buffer中,然后再根据一定的策略写入到磁盘中,这个buffer默认的大小是8MB。刷新的策略:

  1. Master Thread每一秒写入磁盘redo log;
  2. 每个事务提交时写入磁盘redo log;
  3. 当buffer空间小于1/2时,写入redo log;

bin log

bin log,即二进制日志,记录的是逻辑日志,是实现在Server层,因此支持InnoDB、MYISAM等存储引擎,它记录的是数据库执行更改的操作,并以二进制的形式保存在磁盘中。

作用:它可以用来作数据库增量备份、恢复、MySQL主从复制等。
写入时间:事务提交的时候会写入,因此对于开启binlog的数据库来说,大事务的提交会显得比较慢。

binlog的3种格式:

  1. 基于SQL语句的复制(statement-based replication, SBR)
  2. 基于行的模式,记录行的更改情况。(row-based replication, RBR)
  3. 混合模式复制,以上2者的结合。(mixed-based replication, MBR)

crash-safe

通过2PC提交解决redo log和bin log的问题

所谓的crash-safe,是能够在DB挂了以后保证以下点:

  1. 所有已提交的事务能够自动恢复;
  2. 所有未提交的事务能够自动回滚;
没有打开bin log

InnoDB通过redo log和undo log来保证以上两点。
为了保证提交事务的crash-safe,InnoDB需要在事务提交的时候,redo log写入磁盘,当然这回损失掉一部分性能。
在DB重启之后,所有已提交的事务通过redo log进行恢复,所有已经prepare的但未commit的事务会应用undo log进行rollback。此时连接DB时就能看到已经提交的数据存在数据库内,未提交被回滚地数据需要重新执行。

打开了bin log

如果DB只有redo log的话,那么在DB挂了以后,可以直接通过redo log来恢复未保存的脏页。但如果redo log和bin log都存在的时候,情况就不一样了,因为2部分都是独立处理的逻辑。下面来说可能出现的情况。

  1. 先写redo log,再写bin log。DB在写完redo log,还没写完bin log,DB挂了。前面说过,即使DB挂了,redo log也可以把数据恢复回来。但是由于bin log还没写完,DB就挂了,那么bin log就会少了一部分数据,那么当DB重启之后,用bin log去同步从库,由于主库通过redo log恢复了数据,这时候主从就会出现不一致
  2. 先写bin log,再写redo log。DB在写完bin log,还没写完redo log,DB挂了。DB重启之后,redo log没法把数据恢复回来,但bin log中已经有了这部分数据,那么从库就会多了部分数据,这时候主从也会出现不一致

InnoDB为了解决这个,使用2PC方法来保证不会出现不一致。

update T set c+=1 where id =1

2PC中,一个事务的提交经过以下几个步骤:

  1. prepare阶段:事务成功执行,生成xid信息(XA事务),并写入redo log和undo log,同时更改页数据生成脏页,将事务状态设置为TRX_PREPARED,并将redo log写入磁盘;
  2. commit阶段:写入bin log,写入bin log的同时会将上面的xid信息(xid_event_log)记录下来,由于bin log只有在事务确认提交的时候才会写入,因此如果写入了bin log,表示事务确实是要提交的,回滚的事务是不会写入。
  3. 调用引擎的commit操作完成事务的提交,会清除undo log,刷新redo log,并将事务状态设为TRX_NOT_STARTED状态。

为了保证数据的安全性,以上3步都需要调用fsync将数据刷写到磁盘中。

如果DB挂了,DB会在重启的时候进行崩溃恢复操作,存储引擎中处于prepare状态的事务会去查询该事物是否在bin log已经提交,如果存在,则在存储引擎内提交该事务,否则回滚该事务。比如,DB在第1步和第2步之间挂了,此时处于prepare的事务还没来得及提交到bin log,因此该事务在DB重启之后会被回滚;当奔溃发生在第2步和第3步之间,此时该事务在DB重启之后会提交,此时存储引擎和bin log都存在这个事务了。

Reference

  1. 02 | 日志系统:一条SQL更新语句是如何执行的?
  2. # 说说MySQL中的Redo log Undo log都在干啥
  3. # MySQL 中Redo与Binlog顺序一致性问题
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