資料庫篇：mysql日誌型別之 redo、undo、binlog

潛行前行發表於2022-03-28
資料庫MySql型別

前言

可以說mysql的多數特性都是圍繞日誌檔案實現，而其中最重要的有以下三種

  • redo 日誌
  • undo 日誌
  • binlog 日誌

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1 redo日誌

innodb 為了提高磁碟I/O讀寫效能，存在一個 buffer pool 的記憶體空間，資料頁讀入會快取到 buffer pool，事務的提交則實時更新到 buffer pool，而不實時同步到磁碟（innodb 是按 16KB 一頁同步的，一事務可涉及多個資料頁，實時同步會造成浪費，隨機I/O）。事務暫存在記憶體，則存在一致性問題，為了解決系統崩潰，保證事務的永續性，我們只需把事務對應的 redo 日誌持久化到磁碟即可（redo 日誌佔用空間小，順序寫入磁碟，順序I/O）

Mini-Transaction (MTR)

  • sql 語句在執行的時候，可能會修改多個頁面，還會更新聚簇索引和二級索引的頁面，過程產生的redo會被分割成多個不可分割的組（Mini-Transaction）。MTR怎麼理解呢？如一條 insert 語句可能會使得頁分裂，新建葉子節點，原先頁的資料需要複製到新資料頁裡，然後將新記錄插入，再新增一個目錄項指向新建的頁子。這對應多條 redo 日誌，它們需要在原子性的 MTR 內完成

redo 日誌刷盤時機

MTR 產生的 redo 日誌先會被複制到一個 log buffer 裡(類似 buffer pool)。而同步到磁碟的時機如下：

  • 當 log buffer 的總容量達到 50% ，則重新整理日誌到磁碟
  • 事務提交時，也需要將同步到磁碟
  • 後臺執行緒，每一秒同步一次
  • 關閉 mysql 服務
  • 做 checkpoit 的時候
    • redo 的空間是有限的。若 redo 日誌對應的資料頁如果被同步到磁碟，則 redo 日誌也可被回收利用了。這回收的過程稱之為 checkpoint

2 undo 日誌

事務需要保證原子性，也是說事務中的操作要麼全部完成，要麼什麼也不做。如果事務執行到一半，出錯了怎麼辦-回滾。但是怎麼回滾呢，靠 undo 日誌。undo 日誌就是我們執行sql的逆操作

  • undo 日誌有兩個作用：提供回滾和多個行版本控制(MVCC)
  • 資料頁裡一行資料的格式如下，其中 roll_point 會指向一個undo 日誌
    image.png
  • undo 日誌一般會在事務提交時被刪除，但是如果 undo 日誌為 MVCC 服務 則暫時保留
  • 一個事務會產生多個 undo 日誌，mysql有專門的 undo 頁 儲存 undo 日誌。innodb 會為每一個事務單獨分配 undo 頁連結串列（最多分配 4 個連結串列）

事務ID 和 trx_id

  • mysql 會在記憶體中維護一個全域性變數，每當為某個事務分配 trx_id，則先分配再自增 1
  • 對於只讀事務，只有在它第一次建立的臨時表執行增刪改操作時，才會為事務分配 trx_id
  • 對於讀寫事務，只有它在執行增刪改操作時（包括臨時表），才會為事務分配 trx_id

roll_pointer

  • update、delete 語句對應的 undo 日誌都會帶 trx_id、roll_point 兩個屬性欄位。多條 sql 併發執行時 undo 日誌會根據 trx_id 順序用 roll_point 連成 undo 日誌版本鏈。MVCC 的原理則是靠 undo 日誌版本鏈實現的
    image.png

3 binlog日誌

  • binlog 檔案會隨服務的啟動建立一個新檔案
  • flush logs 可以手動重新整理日誌，生成一個新的 binlog 檔案
  • show master status 可以檢視 binlog 的狀態
  • reset master 可以清空 binlog 日誌檔案
  • mysqlbinlog 工具可以檢視 binlog 日誌的內容
  • 執行dml，mysql會自動記錄 binlog

binlog 格式

binlog有三種格式：Statement、Row以及Mixed。

  • Statement
    • 每一條增刪改資料的 sql 都會記錄在 binlog 中
    • 優點：不需要記錄每一行的變化，減少了binlog 日誌量，節約了IO，提高效能
    • 缺點：由於記錄的只是執行語句，為了這些語句能在 slave 上正確執行，因此還必須記錄每條語句在執行的時候的一些相關資訊。另外 mysql 的複製，像一些特定函式功能，slave 可與 master 要保持一致會有很多相關問題
  • Row
    • 5.1.5 版本的MySQL才開始支援 row level 的複製，它不記錄 sql 語句上下文相關資訊，僅儲存哪條記錄被修改
    • 優點：binlog 中可以不記錄執行的sql語句的上下文相關的資訊，僅需要記錄那一條記錄被修改成什麼了。所以rowlevel的日誌內容會非常清楚的記錄下每一行資料修改的細節
    • 缺點：所有的執行的語句當記錄到日誌中的時候，都將以每行記錄的修改來記錄，這樣可能會產生大量的日誌內容
  • Mixed
    • 在Mixed模式下，一般的語句修改使用statment格式儲存binlog，如一些函式，statement 格式無法完成主從複製的操作，則採用 row 格式儲存binlog

binlog 相關操作

  • 檢視binlog日誌檔案內容
[root@root log]# mysqlbinlog 'log.000001'
/*!50530 SET @@SESSION.PSEUDO_SLAVE_MODE=1*/;
/*!40019 SET @@session.max_insert_delayed_threads=0*/;
/*!50003 SET @OLD_COMPLETION_TYPE=@@COMPLETION_TYPE,COMPLETION_TYPE=0*/;
DELIMITER /*!*/;
# at 4
#181214 14:44:48 server id 1  end_log_pos 120 CRC32 0x79b6cd10 	Start: binlog v 4, server v 5.6.40-log created 181214 14:44:48 at startup
ROLLBACK/*!*/;
BINLOG '
YDIUXA8BAAAAdAAAAHgAAAAAAAQANS42LjQwLWxvZwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAABgMhRcEzgNAAgAEgAEBAQEEgAAXAAEGggAAAAICAgCAAAACgoKGRkAARDN
tnk=
'/*!*/;
# at 120
#181214 14:45:20 server id 1  end_log_pos 199 CRC32 0x10dec193 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
SET TIMESTAMP=1544827520/*!*/;
SET @@session.pseudo_thread_id=1/*!*/;
SET @@session.foreign_key_checks=1, @@session.sql_auto_is_null=0, @@session.unique_checks=1, @@session.autocommit=1/*!*/;
SET @@session.sql_mode=1075838976/*!*/;
SET @@session.auto_increment_increment=1, @@session.auto_increment_offset=1/*!*/;
/*!\C utf8 *//*!*/;
SET @@session.character_set_client=33,@@session.collation_connection=33,@@session.collation_server=8/*!*/;
SET @@session.lc_time_names=0/*!*/;
SET @@session.collation_database=DEFAULT/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
# at 199
#181214 14:45:20 server id 1  end_log_pos 303 CRC32 0x9ec5f952 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
use `test`/*!*/;
SET TIMESTAMP=1544827520/*!*/;
insert into t1 values('8','7')
/*!*/;
# at 303
#181214 14:45:20 server id 1  end_log_pos 334 CRC32 0xfd659542 	Xid = 10
COMMIT/*!*/;
# at 334
#181214 14:45:35 server id 1  end_log_pos 413 CRC32 0x43929486 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
SET TIMESTAMP=1544827535/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
# at 413
#181214 14:45:35 server id 1  end_log_pos 517 CRC32 0x4f1284f2 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
SET TIMESTAMP=1544827535/*!*/;
insert into t1 values('9','7')
/*!*/;
# at 517
#181214 14:45:35 server id 1  end_log_pos 548 CRC32 0x67231f2b 	Xid = 20
COMMIT/*!*/;
# at 548
#181214 14:45:39 server id 1  end_log_pos 627 CRC32 0x82b39b3e 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
SET TIMESTAMP=1544827539/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
# at 627
#181214 15:00:48 server id 1  end_log_pos 1646 CRC32 0x7e89c8dc 	Stop
DELIMITER ;
# End of log file
ROLLBACK /* added by mysqlbinlog */;
/*!50003 SET COMPLETION_TYPE=@OLD_COMPLETION_TYPE*/;
/*!50530 SET @@SESSION.PSEUDO_SLAVE_MODE=0*/;
  • 檢視binlog具體記錄
mysql> show binlog events in 'log.000001';
+------------+------+-------------+-----------+-------------+---------------------------------------------+
| Log_name   | Pos  | Event_type  | Server_id | End_log_pos | Info                                        |
+------------+------+-------------+-----------+-------------+---------------------------------------------+
| log.000001 |    4 | Format_desc |         1 |         120 | Server ver: 5.6.40-log, Binlog ver: 4       |
| log.000001 |  120 | Query       |         1 |         199 | BEGIN                                       |
| log.000001 |  199 | Query       |         1 |         303 | use `test`; insert into t1 values('8','7')  |
| log.000001 |  303 | Xid         |         1 |         334 | COMMIT /* xid=10 */                         |
| log.000001 |  334 | Query       |         1 |         413 | BEGIN                                       |
| log.000001 |  413 | Query       |         1 |         517 | use `test`; insert into t1 values('9','7')  |
| log.000001 |  517 | Xid         |         1 |         548 | COMMIT /* xid=20 */                         |
| log.000001 |  548 | Query       |         1 |         627 | BEGIN                                       |
| log.000001 |  627 | Query       |         1 |         732 | use `test`; insert into t1 values('10','7') |
| log.000001 |  732 | Xid         |         1 |         763 | COMMIT /* xid=30 */                         |
| log.000001 |  763 | Query       |         1 |         842 | BEGIN                                       |
| log.000001 |  842 | Query       |         1 |         947 | use `test`; insert into t1 values('11','7') |
| log.000001 |  947 | Xid         |         1 |         978 | COMMIT /* xid=40 */               
+------------+------+-------------+-----------+-------------+---------------------------------------------+
23 rows in set (0.00 sec)

redo log 和 binlog 區別

  • redo log 是 InnoDB 引擎特有的；binlog 是 MySQL 的 Server 層實現的，所有引擎都可以使用。redo log 是物理日誌，記錄的是“在某個資料頁上做了什麼修改”
  • binlog 是邏輯日誌，記錄的是這個語句的原始邏輯，比如“給 ID=2 這一行的 c 欄位加 1 ”
  • redo log 是迴圈寫的，空間固定會用完；binlog 是可以追加寫入的。“追加寫”是指 binlog 檔案寫到一定大小後會切換到下一個，並不會覆蓋以前的日誌

redo log 記錄事務是兩階段提交的

image.png

  • 如果 redo 不是兩階段提交；redo 先寫，binlog 後寫，會導致依賴 binlog 同步的從庫資料缺失。binlog 先寫，redo log 後寫，則會導致從庫多出未提交的髒修改。主從庫資料會不一致

redo log 、bin log 和崩潰恢復

redolog 中的事務如果經歷了二階段提交中的prepare階段，則會打上 prepare 標識，如果經歷commit階段，則會打上commit標識（此時redolog和binlog均已落盤）。崩潰恢復邏輯如下：

  • 按順序掃描 redo log，如果 redo log 中的事務既有 prepare 標識，又有 commit 標識，就直接提交（複製redo log disk中的資料頁到磁碟資料頁）
  • 如果 redo log 事務只有 prepare 標識，沒有 commit 標識，則說明當前事務在 commit 階段crash了，binlog 中當前事務是否完整未可知，此時拿著 redolog 中當前事務ID（redolog 和 binlog 中事務落盤的標識），去檢視 binlog 中是否存在此ID
    • 如果binlog中有當前事務ID，則提交事務（複製 redolog disk 中的資料頁到磁碟資料頁）
    • 如果binlog中沒有當前事務ID，則回滾事務（使用undolog來刪除 redolog 中的對應事務）

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參考文章

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