online redo log 和undo各有啥作用

Posted 2023-05-06

在MySQL中，两者存在的意义以及性能：
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。不能因为错误/重启/宕机而丢失已经COMMIT的数据。为了保证持久性，数据库系统需要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的内存buffer.
C.在内存中修改A=3.
D.记录B=2到undo log的内存buffer.
E.在内存中修改B=4.
F.将undo log的buffer写到磁盘。
G.将内存中修改后的数据写到磁盘。
H.事务提交
这里有一个前提条件：‘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’。以上过程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.

01 – Redo Log
- 原理
和Undo Log相反，Redo Log记录的是新数据的备份。在事务提交时，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的内存buffer.
C.内存中修改A=3.
D.记录A=3到redo log的内存buffer.
E.记录B=2到undo log的内存buffer.
F..内存中修改B=4.
G.记录B=4到redo log的内存buffer.
H.将redo log的内存buffer写入磁盘。
I.事务提交
- Undo + Redo事务的特点
A. 为了保证持久性，必须在事务提交时将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。这是因为Recovery要依赖redo log. 如果redo log丢失了，系统需要保持事务的数据也没有被更新。
- 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。以顺序追加的方式记录Redo Log,通过顺序IO来改善性能。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，从而保证Redo Log文件在存储上的空间有更好的连续性。

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),才将许多日志一起写入磁盘，这样可以减少IO次数。
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Redo Log的IO次数。例如,Redo Log中的记录内容可能是这样的：
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. 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。InnoDB的做法时将回滚操作也记入Redo Log(具体做法看下一节). 参考技术A REDO记录transaction logs，分为online和archived。以恢复为目的。 比如，机器停电，那么在重起之后需要online redo logs去恢复系统到失败点。 比如，磁盘坏了，需要用archived redo logs和online redo logs区恢复数据。 比如，truncate一个表或其他的操作，想恢复到之前的状态，同样也需要。

REDO是为了重新实现你的操作，而UNDO相反，是为了撤销你做的操作，比如你得一个TRANSACTION执行失败了或你自己后悔了，则需要用ROLLBACK命令回退到操作之前。回滚是在逻辑层面实现而不是物理层面，因为在一个多用户系统中，数据结构，blocks等都在时时变化，比如我们INSERT一个数据，表的空间不够，扩展了一个新的EXTENT，我们的数据保存在这新的EXTENT里，其它用户随后也在这EXTENT里插入了数据，而此时我想ROLLBACK，那么显然物理上讲这EXTENT撤销是不可能的，因为这么做会影响其他用户的操作。所以，ROLLBACK是逻辑上回滚，比如对INSERT来说，那么ROLLBACK就是DELETE了。

闪回恢复区是一个默认放置所有和备份恢复操作相关文件的地方。Oracle DBA可以使用Automatic Disk-Based Backup and Recovery，让数据库来管理备份存储的区域。

Redo Log Undo Log 与 Bin Log介绍

redo log称为重做日志，用来保证事务的原子性和持久性。

其由两部分组成：一是内存中的重做日志缓冲（redo log buffer），其是易失的；二是重做日志文件（redo log file），其是持久的。

InnoDB是事务的存储引擎，其通过Force Log at Commit机制实现事务的持久性，即当事务提交（COMMIT）时，必须先将该事务的所有日志写入到重做日志文件进行持久化，待事务的COMMIT操作完成才算完成。这里的日志是指重做日志，在InnoDB存储引擎中，由两部分组成，即redo log和undo log。redo log用来保证事务的持久性，undo log用来帮助事务回滚及MVCC的功能。redo log基本上都是顺序写的，在数据库运行时不需要对redo log的文件进行读取操作。而undo log是需要进行随机读写的。

为了确保每次日志都写入重做日志文件，在每次将重做日志缓冲写入重做日志文件后，InnoDB存储引擎都需要调用一次fsync操作。fsync的效率取决于磁盘的性能，因此磁盘的性能决定了事务提交的性能，也就是数据库的性能。

参数innodb_flush_log_at_trx_commit用来控制重做日志刷新到磁盘的策略。该参数的默认值为1，表示事务提交时必须调用一次fsync操作。还可以设置该参数的值为0和2。0表示事务提交时不进行写入重做日志操作，这个操作仅在master thread中完成，而在master thread中每1秒会进行一次重做日志文件的fsync操作。2表示事务提交时将重做日志写入重做日志文件，但仅写入文件系统(OS 操作系统)的缓存中，不进行fsync操作。在这个设置下，当MySQL数据库发生宕机而操作

对于刷新磁盘策略，大部分企业会选择默认参数。为了提高性能，减少 fsync的发生，可以采用批量提交。

在MySQL数据库中还有一种二进制日志（binlog），其用来进行POINT-IN-TIME（PIT）的恢复及主从复制（Replication）环境的建立。从表面上看其和重做日志非常相似，都是记录了对于数据库操作的日志。然而，从本质上来看，两者有着非常大的不同。

首先，重做日志是在InnoDB存储引擎层产生，而二进制日志是在MySQL数据库的上层产生的，并且二进制日志不仅仅针对于InnoDB存储引擎，MySQL数据库中的任何存储引擎对于数据库的更改都会产生二进制日志。
其次，两种日志记录的内容形式不同。MySQL数据库上层的二进制日志是一种逻辑日志，其记录的是对应的SQL语句。而InnoDB存储引擎层面的重做日志是物理格式日志，其记录的是对于每个页的修改。
此外，两种日志记录写入磁盘的时间点不同。二进制日志只在事务提交完成后进行一次写入。而InnoDB存储引擎的重做日志在事务进行中不断地被写入，这表现为日志并不是随事务提交的顺序进行写入的。