MySQL InnoDB存储引擎undo redo解析

Posted 2020-09-21 wzzkaifa

本文是介绍mysql数据库InnoDB存储引擎重做日志漫游


00 – 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来实现多版本号并发控制(简称：MVCC)。

- 事务的原子性(Atomicity)
  事务中的所有操作，要么所有完毕，要么不做不论什么操作。不能仅仅做部分操作。

假设在运行的过程中发生
  了错误，要回滚(Rollback)到事务開始前的状态，就像这个事务从来没有运行过。

- 原理
  Undo Log的原理非常easy。为了满足事务的原子性，在操作不论什么数据之前，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）。然后进行数据的改动。

假设出现了错误或者用户运行了
  ROLLBACK语句，系统能够利用Undo Log中的备份将数据恢复到事务開始之前的状态。

除了能够保证事务的原子性，Undo Log也能够用来辅助完毕事务的持久化。


- 事务的持久性(Durability)
  事务一旦完毕，该事务对数据库所做的全部改动都会持久的保存到数据库中。为了保证持久性，数据库
  系统会将改动后的数据全然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
  如果有A、B两个数据。值分别为1,2。
  A.事务開始.
  B.记录A=1到undo log.
  C.改动A=3.
  D.记录B=2到undo log.
  E.改动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。然后改动内存中的数据。最后将数据写回磁盘’。

  之所以能同一时候保证原子性和持久化，是由于下面特点：
  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。仅仅要事务成功提交，数据必定已经持久化。
  C. Undo log必须先于数据持久化到磁盘。假设在G,H之间系统崩溃，undo log是完整的，
     能够用来回滚事务。
  D. 假设在A-F之间系统崩溃,由于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開始前的状态。


缺陷：每一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。因此性能非常低。


假设可以将数据缓存一段时间。就能降低IO提高性能。可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.


01 – 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，仅仅要将Redo Log持久化就可以。
  不须要将数据持久化。当系统崩溃时。尽管数据没有持久化。可是Redo Log已经持久化。系统能够依据
  Redo Log的内容，将全部数据恢复到最新的状态。


- Undo + Redo事务的简化过程
  如果有A、B两个数据，值分别为1,2.
  A.事务開始.
  B.记录A=1到undo log.
  C.改动A=3.
  D.记录A=3到redo log.
  E.记录B=2到undo log.
  F.改动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. 数据不须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。数据必需要晚于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。降低了写数据的IO.
  可是却引入了新的IO，即写Redo Log的IO。假设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可以有比較好的IO性能，InnoDB 的 Redo Log的设计有下面几个特点：


  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全然分配。

     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。日志并非直接写入文件。而是先写入redo log buffer.当须要将日志刷新到磁盘时
     (如事务提交),将很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按语句的运行顺序，依次交替的记录在一起，
     以降低日志占用的空间。比如,Redo Log中的记录内容可能是这种：
     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. 由于C的原因,当一个事务将Redo Log写入磁盘时。也会将其它未提交的事务的日志写入磁盘。
  E. Redo Log上仅仅进行顺序追加的操作，当一个事务须要回滚时，它的Redo Log记录也不会从
     Redo Log中删除掉。


02 – 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，仅仅重做已经提交了的事务。

  B. 进行恢复时。重做全部事务包含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。

     也不关心每一个日志是哪个事务的。虽然事务ID等事务相关的内容会记入Redo Log。这些内容仅仅是被当作
     要操作的数据的一部分。
  B. 使用B策略就必需要将Undo Log持久化，并且必需要在写Redo Log之前将相应的Undo Log写入磁盘。
     Undo和Redo Log的这样的关联，使得持久化变得复杂起来。为了减少复杂度，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就能够象数据一样缓存起来，
     而不用在redo log之前写入磁盘了。

     包括Undo Log操作的Redo Log。看起来是这种：
     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，另一个问题没有弄清楚。

既然Redo没有事务性。那岂不是会又一次运行被回滚了的事务？
     确实是这样。

同一时候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
     对数据进行改动。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，看起来是这种：
     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.


- 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()