InnoDB的Redo Undo Log_MySQL

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InnoDB的Redo Undo Log

 

本文是介绍MySQL数据库InnoDB存储引擎重做日志漫游

 – Undo Log

 Undo Log 是为了实现事务的原子性，在MySQL数据库InnoDB存储引擎中，还用Undo Log来实现多版本并发控制(简称：MVCC)。

 

- 事务的原子性(Atomicity)

   事务中的所有操作，要么全部完成，要么不做任何操作，不能只做部分操作。如果在执行的过程中发生

   了错误，要回滚(Rollback)到事务开始前的状态，就像这个事务从来没有执行过。

 

- 原理

   Undo Log的原理很简单，为了满足事务的原子性，在操作任何数据之前，首先将数据备份到一个地方

   （这个存储数据备份的地方称为Undo Log）。然后进行数据的修改。如果出现了错误或者用户执行了

   ROLLBACK语句，系统可以利用Undo Log中的备份将数据恢复到事务开始之前的状态。

 

除了可以保证事务的原子性，Undo Log也可以用来辅助完成事务的持久化。

 

- 事务的持久性(Durability)

   事务一旦完成，该事务对数据库所做的所有修改都会持久的保存到数据库中。为了保证持久性，数据库

   系统会将修改后的数据完全的记录到持久的存储上。

 

- 用Undo Log实现原子性和持久化的事务的简化过程

   假设有A、B两个数据，值分别为1,2。

   A.事务开始.

   B.记录A=1到undo log.

   C.修改A=3.

   D.记录B=2到undo log.

   E.修改B=4.

   F.将undo log写到磁盘。

   G.将数据写到磁盘。

   H.事务提交

   这里有一个隐含的前提条件：‘数据都是先读到内存中，然后修改内存中的数据，最后将数据写回磁盘’。

 

  之所以能同时保证原子性和持久化，是因为以下特点：

   A. 更新数据前记录Undo log。

   B. 为了保证持久性，必须将数据在事务提交前写到磁盘。只要事务成功提交，数据必然已经持久化。

   C. Undo log必须先于数据持久化到磁盘。如果在G,H之间系统崩溃，undo log是完整的，

      可以用来回滚事务。

   D. 如果在A-F之间系统崩溃,因为数据没有持久化到磁盘。所以磁盘上的数据还是保持在事务开始前的状态。

 

缺陷：每个事务提交前将数据和Undo Log写入磁盘，这样会导致大量的磁盘IO，因此性能很低。

 

如果能够将数据缓存一段时间，就能减少IO提高性能。但是这样就会丧失事务的持久性。因此引入了另外一

 种机制来实现持久化，即Redo Log.

 – Redo Log

 

- 原理

   和Undo Log相反，Redo Log记录的是新数据的备份。在事务提交前，只要将Redo Log持久化即可，

   不需要将数据持久化。当系统崩溃时，虽然数据没有持久化，但是Redo Log已经持久化。系统可以根据

   Redo Log的内容，将所有数据恢复到最新的状态。

 

- Undo + Redo事务的简化过程

   假设有A、B两个数据，值分别为1,2.

   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

 

- Undo + Redo事务的特点

   A. 为了保证持久性，必须在事务提交前将Redo Log持久化。

   B. 数据不需要在事务提交前写入磁盘，而是缓存在内存中。

   C. Redo Log 保证事务的持久性。

   D. Undo Log 保证事务的原子性。

   E. 有一个隐含的特点，数据必须要晚于redo log写入持久存储。

 

- IO性能

   Undo + Redo的设计主要考虑的是提升IO性能。虽说通过缓存数据，减少了写数据的IO.

   但是却引入了新的IO，即写Redo Log的IO。如果Redo Log的IO性能不好，就不能起到提高性能的目的。

   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:

      记录2:

      记录3:

      记录4:

      记录5:

   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。

 – 恢复(Recovery)

 

- 恢复策略

   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中不同的恢复策略：

 

  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。

 

- InnoDB存储引擎的恢复机制

   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: >

      记录2:

      记录3: >

      记录4:

      记录5: >

      记录6:

   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: >

      记录2:

      记录3: >

      记录4:

      记录5: >

      记录6:

      记录7:

      记录8:

      记录9:

      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.

 

- InnoDB存储引擎中相关的函数

   Redo: recv_recovery_from_checkpoint_start()

   Undo: recv_recovery_rollback_active()

   Undo Log的Redo Log: trx_undof_page_add_undo_rec_log()

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