MySQL日志系统

Posted 2021-02-05 ZYXS

如果你学习过操作系统课程，那么对于这部分的内容理解起来准是毫无压力了。

上篇文章(MySQL基础架构)：一条查询语句我们经过连接器、分析器、优化器、执行器等模块，最后到达存储引擎。

 那么一条更新语句是怎样的呢？

mysql> create table T(ID int primary key,c int);

如果我们将ID=2的这一行的值加1，SQL语句是这样的：

mysql> update T set c=c+1 where ID=2;

我们再来看一下MySQL基础架构这张图：

 

对于更新语句，同样也会走一遍这样的路程。

与查询语句共同的部分：

①在执行语句之前我们会连接数据库，这个时候就会使用到连接器。

②当一个表有更新的时候，跟这个表的有关的缓存就会失效，所以这条语句会把表T上的所有缓存全都清空。因此不建议使用查询缓存。

③分析器通过词法和语法解析知道这是一条更新语句。优化器决定要使用ID这个索引。

然后执行器负责具体执行，找到这一行，然后更新。

与查询语句不同的地方：

更新流程涉及到两个重要的日志模块，物理日志redo log(重做日志)和 逻辑日志binlog(归档日志)。

日志模块redo log

对于这个模块，可以举个形象的例子，在当饭店里，饭店老板往往会拿一个小的临时记账本A记下账目，然后在饭店打烊之后，拿出今天的账目详细的算一下，然后写到大的账本B上看看谁赊账啊，今天的收益如何....

如果有人要赊账或者是还账的话，掌柜的一般就会有两种做法：

• 一种做法是直接把总的大账本B拿出来，把这次赊的账加上去或者扣除掉。
• 另外一种做法是先在小账本A上记下这次的账，等打烊之后在把大账本B拿出来核算。

在饭店很忙的时候，老板都会选择后者。

在MySQL中也存在这样的问题，如果每一次的更新操作都要写入磁盘里面，然后磁盘也要找到相应的记录那条记录，然后在更新，整个过程的IO成本，查找的成本都很高，为了解决这个问题，MySQL使用WAL（Write Ahead Logging）技术，关键点在于先写日志，在写磁盘。在上面的例子中，就是我们说的先在小账本A上记下这次的账，等打烊之后在把账本B拿出来核算。

我们具体详细的说一下过程：

当有一条记录需要更新的时候，InnoDB（存储引擎）会先把这个记录写到redo log（小账本A）上，并且更新内存，这个时候更新就算完成了。等到系统比较空闲的时候，InnoDB引擎会在适当的时候，将这个操作记录更新到磁盘中。

如果今天来吃饭的人并不是很多，那么老板就可以等打烊之后在整理。如果今天人很多，小账本A被我们写满了，那怎么办呢？这个时候，老板只好先放下手中的活儿，把小账本A上的一部分记录更新到大账本B中，然后这写记录就会被清除掉，为记新账腾出空间。

与此类似，InnoDB的redo log是固定大小的，比如可以配置一组为4个文件，每个文件是1GB,那么这块“小账本A”总共就可以记录4GB内容，从头开始写，写到末尾就又回到开头循环写。如下图：

 

 

write pos 是当前记录的位置，一边写一边后移，写到三号文件末尾回到0号文件的开头（如果学习了数据结构的话，这很容易实现的，循环单链表），checkpoint是当前要擦除的位置，也是往后推移并且循环的，擦除记录前我们要把记录更新到数据文件。

在writepos和checkpoint之间的“小账本”上还空着的部分（在上图中就是ib_logfile_0），可以用来记录新的操作，如果write pos追上了checkpoint，表示的是"小账本A"满了，这个时候不能够在执行新的更新，得停下来先擦出一些记录。把checkpoint推进一下。

crash-safe: 有了redo log，InnoDB就可以保证即使数据库发生异常重启，之前提交的记录都不会丢失。

有了crash-safe这个概念之后，我们就可以知道假如数据库突然发生异常，恢复之后，我们仍然可以通过硬盘和redo log上的数据来明确操作了。

重要的日志模块：binlog

MySQL有两块组成：一块是Server层，它主要的任务是MySQL功能层的事情，还有一块是引擎层，负责存储相关的具体事宜。

redo log是InnoDB引擎特有的日志，而Server层有自己的日志，称为binlog(归档日志)。

在之前MySQL中并没有InnoDB引擎。MySQL自带的引擎是MyISAM,但是MyISAM没有crash-safe的能力。binlog日志只能用于归档。而InnoDB是另一个公司以插件形式引入MySQL的，既然只依赖binlog没有crash-safe能力，所以InnoDB使用另外一套日志系统----也就是redo log来实现crash-safe能力。

binlog和redo log的不同点：

1. redo log 是InnoDB引擎特有的；binlog是MySQL的Server层实现的，所有的引擎都可以使用。
2. redo log是物理日志，记录的是“某个数据页上做了什么修改”；binlog是逻辑日志，记录的是这个语句的原始逻辑，就像这个语句“给ID=2这一行的c字段加1”。
3. redo log是循环写的，空间固定会用完；binlog可以追加（追加写入指的是binlog文件写到一定大小后会切换到下一个，不会覆盖以前的日志。这个很好理解，覆盖了就很难找回来了，在逻辑上记录。）写入。

我们再来看一下执行器和InnoDB引擎在执行这个简单的update语句时的内部流程。

1. 执行器先找引擎ID=2这一行，ID是主键，引擎直接用树搜索找到这一行。如果ID=2这一行所在的数据也本来就在内存中，就直接返回给执行器；否则，需要先从磁盘读入内存，然后再返回。
2. 执行器拿到引擎给的行数据，把这个值加上1，比如原来是N,现在就是N+1,得到新的一行数据，在调用引擎接口写入这行新数据。
3. 引擎将支行数据更新到内存中，同时将这个更新操作记录到redo log里面，此时redo log处于prepare状态。然后告知执行器执行完了，随时可以提交事务。
4. 执行器生成这个操作的binlog，并把binlog写入磁盘。
5. 执行器调用引擎的事务接口，引擎把刚刚写入的redo log改成提交（commit）状态，更新完成。

下面的这张图是update语句的执行流程图，蓝色框的表示实在InnoDB内部执行的，绿色框的表示是在执行器中执行的。

 

在这里我们发现：将redo log的写入拆成了两个步骤：prepare 和commit，这就是"两阶段提交"。

个人的理解：

1 InnoDB引擎将支行数据更新到内存中，同时将这个更新操作记录到redo log里面，InnoDB引擎 redo log处在prepare阶段 

2 执行器收到InnoDB引擎发来的消息“嘿，哥们，我OK了！”，执行器很开心的写binlog，并将binlog存入磁盘。

3 引擎收到执行器通过事务接口发来的消息“我写完了，该你了！”，InnoDB引擎把刚刚写入的redo log改成提交（commit）状态，更新完成。

为什么要有两阶段提交呢？

如果不这样做的坏处：

由于redo log和binlog是两个独立的逻辑，如果不用两阶段提交，那么就是先写完redo log再写binlog ，或者采用反过来的顺序。我们看看出现的问题：

仍然用前面的update语句来做例子。假设当前ID=2的行，字段c的值是0，再假设执行update语句过程 中在写完第一个日志后，第二个日志还没有写完期间发生了crash，会出现什么情况呢？

1. 先写redo log后写binlog。假设在redo log写完，binlog还没有写完的时候，MySQL进程异常重 启。由于我们前面说过的，redo log写完之后，系统即使崩溃，仍然能够把数据恢复回来，所以恢 复后这一行c的值是1。 但是由于binlog没写完就crash了，这时候binlog里面就没有记录这个语句。因此，之后备份日志的 时候，存起来的binlog里面就没有这条语句。 然后你会发现，如果需要用这个binlog来恢复临时库的话，由于这个语句的binlog丢失，这个临时 库就会少了这一次更新，恢复出来的这一行c的值就是0，与原库的值不同。

2. 先写binlog后写redo log。如果在binlog写完之后crash，由于redo log还没写，崩溃恢复以后这 个事务无效，所以这一行c的值是0。但是binlog里面已经记录了“把c从0改成1”这个日志。所以，在 之后用binlog来恢复的时候就多了一个事务出来，恢复出来的这一行c的值就是1，与原库的值不同。 可以看到，如果不使用“两阶段提交”，那么数据库的状态就有可能和用它的日志恢复出来的库的状态不一致。

两阶段恢复这样做的好处：（接上面的个人理解）

• 在2之前奔溃（就是说执行器还没有写binlog的时候）时

重启恢复：后发现没有commit,回滚，备份恢复：

没有binlog.数据库的状态就有可能和用它的日志恢复出来的库的状态一致。

• 当在3之前奔溃

重启恢复；虽没有commit,但满足prepare和binlog完整，所以重启后会自动commit.备份：有binlog。

数据库的状态和用它的日志恢复出来的库的状态一致。

应用场景：

在误操作后用这个过程恢复数据，在你需要扩容的时候，也就是需要在多搭建一些备库来增加系统的读能力的时候，现在常用的做法就是用全量备份加上应用binlog来实现的，合格"不一致"就会导致你的线上出现主从数据库不一致的情况。

简单的说，redo log和binlog都可以用于表示事务的提交状态，而两阶段提交就是让这这两个状态保持逻辑上的一致。

总结：

物理日志 redo log 和逻辑日志 binlog 作用：

redo log用于保证crash-safe能力。innodb_fush_log_at_trx_commit这个参数设置成1的时候，表示每次事务的redo log都直接持久化到磁盘。这个参数我建议你设置成1，这样可以保证MySQL异常重启之 后数据不丢失。 sync_binlog这个参数设置成1的时候，表示每次事务的binlog都持久化到磁盘。这个参数我也建议你设置成1，这样可以保证MySQL异常重启之后binlog不丢失。