Concurrency Control併發控制是一種機制，在併發進行多個事務時維護一致性(Consistency)和隔離性(Isolation)，一致性和隔離性是資料庫事務ACID(Atomicity, Consistency, Isolation, Durability) 屬性中的C和I。
多版本併發控制(MVCC)是廣泛使用的併發控制技術,其主要優勢是讀不會阻塞寫，而寫也不會阻塞讀。MVCC有很多種變體，PostgreSQL使用一種稱為快照隔離Snapshot Isolation (SI)的MVCC變體實現併發控制。
在MVCC中，每個DML操作建立一個資料（包括Index）的新版本，同時保留之前的舊版本。當事務讀取資料時，選擇其中一個“正確”的版本，以確保各個事務之間的隔離。
在[Multi Version Heap Tuple](http://blog.itpub.net/6906/viewspace-2375003/)這一章節中提到事務回滾後,新寫入的資料仍儲存在heap中,PostgreSQL如何識別產生這些資料的事務的狀態(提交/回滾/進行中),從而確定哪些tuple可見不可見?PG透過clog(commit log)儲存每個事務的狀態,在資料庫啟動時,clog檔案會載入到共享記憶體中,checkpoint時會把共享記憶體中的事務狀態資訊重新整理到磁碟上.

### 一、基本概念
**事務ID**
當一個事務開啟時,PostgreSQL事務管理器會為該事務分配一個唯一的事務ID(txid,無符號32bit整型).
透過txid_current()函式可獲取當前事務號.
```
testdb=# begin;
BEGIN
testdb=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
         2308
(1 row)

testdb=# 
```
在PG中,以下為系統保留使用的txid:
txid = 0,表示 Invalid txid，用於判斷txid的有效性
txid = 1,表示 Bootstrap txid，在intidb初始化資料庫時使用
txid = 2,表示 Frozen txid，在事務ID回捲時,透過vacuum程式處理時使用

**事務狀態**
PostgreSQL定義了四種事務狀態,分別是IN_PROGRESS(進行中), COMMITTED(已提交), ABORTED(已回滾), 和 SUB_COMMITTED(子事務已提交).
```
/*
 * Possible transaction statuses --- note that all-zeroes is the initial
 * state.
 * 可能的事務狀態 --- 注意初始狀態全部為ASCII 0
 *
 * A "subcommitted" transaction is a committed subtransaction whose parent
 * hasn't committed or aborted yet.
 * "subcommitted"事務是指已提交的子事務,而該子事務所在的父事務尚未提交或者回滾.
 */
typedef int XidStatus;

#define TRANSACTION_STATUS_IN_PROGRESS      0x00
#define TRANSACTION_STATUS_COMMITTED        0x01
#define TRANSACTION_STATUS_ABORTED          0x02
#define TRANSACTION_STATUS_SUB_COMMITTED    0x03
```

### 二、clog檔案
**物理檔案**
clog檔案儲存在$PGDATA/pg_xact目錄中
```
[xdb@localhost pg_xact]$ ll
total 8
-rw-------. 1 xdb xdb 8192 Jan  8 15:55 0000
[xdb@localhost pg_xact]$ 
```

**clog segment**
如前所述,事務號是無符號的32bit整型,PG透過以下公式邏輯上把clog劃分為N個segment:
N = 0xFFFFFFFF/CLOG_XACTS_PER_PAGE/SLRU_PAGES_PER_SEGMENT 
其中:
CLOG_XACTS_PER_PAGE定義為
```
/* We need two bits per xact, so four xacts fit in a byte */
#define CLOG_BITS_PER_XACT  2 -->每個事務狀態使用2bits表示
#define CLOG_XACTS_PER_BYTE 4 -->每個Byte可儲存4個事務狀態
#define CLOG_XACTS_PER_PAGE (BLCKSZ * CLOG_XACTS_PER_BYTE) -->每個page可儲存8192*4個事務狀態
```
即CLOG_XACTS_PER_PAGE = 8192\*4
SLRU_PAGES_PER_SEGMENT定義為
```
#define SLRU_PAGES_PER_SEGMENT  32
```
代入公式中:
N = 0xFFFFFFFF/CLOG_XACTS_PER_PAGE/SLRU_PAGES_PER_SEGMENT 
  = 0xFFFFFFFF/(8192\*4)/32
  = 4096

物理上,每個segment有32個Pages(SLRU_PAGES_PER_SEGMENT = 32),則每個segment file大小為8K\*32=256K.

### 三、txid & clog
給定一個事務號,如何獲取該事務對應的狀態?
PG首先透過該事務號獲得該事務狀態儲存在clog中哪個page中(即pageno),然後再定位儲存事務狀態的Byte在該page中的偏移以及在該Byte中的偏移.
```
 #define TransactionIdToPage(xid)    ((xid) / (TransactionId) CLOG_XACTS_PER_PAGE)
 #define TransactionIdToPgIndex(xid) ((xid) % (TransactionId) CLOG_XACTS_PER_PAGE)
 #define TransactionIdToByte(xid)    (TransactionIdToPgIndex(xid) / CLOG_XACTS_PER_BYTE)
 #define TransactionIdToBIndex(xid)  ((xid) % (TransactionId) CLOG_XACTS_PER_BYTE)
```
如給定事務號2308,根據上述公式可得到:
Page = 2308 / (8192\*4) = 0 --> 第0號page
PageIndex = 2308 % (8192\*4) = 2308 --> Page內偏移
ByteInPage = 2308 / 4 = 577 --> 該Page內的第577個Byte
ByteIndex = 2304 % 4 = 0 --> 該位元組中的首2bits
下面透過實際案例驗證
**開啟事務**
```
testdb=# begin;
BEGIN
testdb=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
         2308
(1 row)
```
**檢視clog**
```
[xdb@localhost pg_xact]$ hexdump -C ./0000 -s 577 -n 1
00000241  00                                                |.|
00000242
```
0x00 --> TRANSACTION_STATUS_IN_PROGRESS

**提交事務**
執行checkpoint,重新整理到磁碟上
```
testdb=# commit;
COMMIT
testdb=# checkpoint;
CHECKPOINT
```
**檢視clog**
```
[xdb@localhost pg_xact]$ hexdump -C ./0000 -s 577 -n 1
00000241  01                                                |.|
00000242
```
值為0x01 --> TRANSACTION_STATUS_COMMITTED

重新開啟一個事務2309,回滾該事務,clog中的值應為0x09(二進位制值為:0000 1001)
```
testdb=# begin;
BEGIN
testdb=# select txid_current();
 txid_current 
--------------
         2309
(1 row)

testdb=# select 2308%4;
 ?column? 
----------
        0
(1 row)

testdb=# rollback;
ROLLBACK
testdb=# checkpoint;
CHECKPOINT
testdb=# 
```
clog檔案中的內容0x09,與預期中的一致.
```
[xdb@localhost pg_xact]$ hexdump -C ./0000 -s 577 -n 1
00000241  09                                                |.|
00000242
[xdb@localhost pg_xact]$ 
```

### 四、參考資料
[Concurrency Control](http://www.interdb.jp/pg/pgsql05.html)

PostgreSQL DBA(22) - MVCC#2(commit log)

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