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详解MySQL事务日志redo log

redo log介绍

redo log又叫“重做日志”,是存储引擎层 (innoDB) 生成的日志,记录的是"物理级别"上的页修改操作,比如页号x,偏移量y写入了'z'数据,主要目的为了保证数据不丢失,当MySQL发生宕机的时候,可以利用redo log日志进行数据恢复,如下图所示。

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默认的redo log日志文件为ib_logfile0, ib_logfile1,如下图:

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那想过为什么要"多此一举"先写入到redo log磁盘文件中,然后再落到数据库表中?而不直接落到数据库表中?

主要是因为顺序IO性能远高于随机IO。

数据在MySQL中存储是以页为单位,事务中的数据可能遍布在不同的页中,如果直接写入到对应的页中,是随机IO写入。

redo log是通过顺序IO"追加"的方式写入到文件末尾,而且写入的内容也是物理日志,比如比如,某个事务将系统表空间中第10号页面中偏移量为 100 处的那个字节的值 1 改成 2等信息,日志占用空间也很小。

redo log整体流程

事务在写入到数据库中涉及到redo log的整体流程如下图所示:

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性能不够,缓存来凑。由于CPU的性能远远大于磁盘,为了消除这个鸿沟,引入了两个缓存,Buffer Poolredo log bufferBuffer Pool用来存放各种操作,比如写入数据时,先写到内存中,然后由后台线程再刷写到磁盘。redo log buffer用来存放重做日志,后续刷到磁盘中。

  • 先将原始数据从磁盘中读入到Buffer Pool
  • 修改Buffer Pool中的数据
  • 生成一条重做日志并写入redo log buffer,记录数据修改后的值
  • 当事务提交时,将redo log buffer中的内容追加磁盘中的redo log文件中
  • 将磁盘日志文件redo log file 内容刷到数据库表中

上面流程中这种先写日志,再写磁盘,只有日志写入成功,才算事务提交成功的技术思想在MySQL也叫做WAL技术 (Write-Ahead Logging)。

redo log落盘策略

事务的日志是先写入到redo log buffer 中是很快的,那如何保证redo log buffer中的信息高效的落到磁盘日志文件中呢?

  • redo log buffer不是直接将日志内容刷盘到redo log file中。
  • redo log buffer内容先刷入到操作系统的文件系统缓存 (page cache)中去,这个过程很快,而且整个系统宕机概率相对MySQL会小很多。
  • 最后,日志内容会从操作系统的文件系统缓存中刷到磁盘的日志文件中,至于什么时候触发这个动作,MySQL的innoDB引擎提供了3种策略可选。

InnoDB引擎提供了 innodb_flush_log_at_trx_commit 参数,该参数控制 commit提交事务时,如何将 redo log buffer 中的日志刷新到 redo log file 的3种策略。

  • innodb_flush_log_at_trx_commit=1

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  • 每次事务提交时都将进行同步, 执行主动刷盘操作,如上图的红线位置,所以只要事务提交成功,redo log记录就一定在硬盘里,不会有田可数据丢失。
  • 该种方式是MySQL innoDB存储引擎默认的刷盘机制。
  • 如果事务执行期间MySQL挂了或宕机,这部分日志丢了,但是事务并没有提交,所以日志丢了也不会有损

失。可以保证ACID的D,数据绝对不会丢失,但是效率最差的。

  • innodb_flush_log_at_trx_commit=2

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  • 为2时,只要事务提交成功,redo log buffer中的内容只写入文件系统缓存(pagecache
  • 如果仅仅只是MySQL挂了不会有任何数据丢失,但是操作系统宕机可能会有1秒数据的丢失,这种情况下无法满足ACID中的D
  • 数值2的效率是高于数值等于1的
  • innodb_flush_log_at_trx_commit=0

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  • 为0时,后台线程每隔1秒进行一次重做日志的刷盘操作,因此MySQL挂了最多丢失1秒钟内的事务。
  • 这种方式效率是最高的,这种策略也有丢失数据的风险,也无法保证持久性。
  • 其他被动触发刷盘的场景

除了上面3种策略进行刷盘以外,还有两种场景会让一个没有提交的事务的 redo log 写入到磁盘中。

  • redo log buffer 占用的空间即将达到 innodb_log_buffer_size 一半的时候,后台线程会主动写盘。注意,由于这个事务并没有提交,所以这个写盘动作只是 write,而没有调用 fsync,也就是只留在了文件系统的 page cache
  • 并行的事务提交的时候,顺带将这个事务的 redo log buffer 持久化到磁盘。假设一个事务 A 执行到一半,已经写了一些 redo log 到 buffer 中,这时候有另外一个线程的事务 B 提交,如果 innodb_flush_log_at_trx_commit 设置的是 1,那么按照这个参数的逻辑,事务 B 要把 redo log buffer 里的日志全部持久化到磁盘。这时候,就会带上事务 A 在 redo log buffer 里的日志一起持久化到磁盘。

小结:

我们可以根据实际的业务场景,在性能和持久性做一些权衡,但建议使用默认值,虽然操作系统宕机的概率理论小于数据库宕机的概率,但是一般既然使用了事务,那么数据的安全相对来说更重要些。

redo log写入数据页机制

目前事务日志已经落入到磁盘的redo log file中了,MySQL会去读取这个文件将数据写入到数据页中。

很显然,目前对redo log file会进行读和写的操作。在日志文件组中有两个重要的“指针”,分别是 write pos、``checkpoint

  • write pos是当前记录的位置,一边写一边后移
  • checkpoint是当前要擦除的位置,也是往后推移

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  • 每次刷盘 redo log 记录到日志文件组中,write pos 位置就会后移更新。
  • 每次MySQL加载日志文件组恢复数据时,会清空加载过的 redo log 记录,并把checkpoint后移更新。
  • 如果write pos 追上 checkpoint ,表示日志文件组满了,这时候不能再写入新的 redo log记录,MySQL 得停下来,清空一些记录,把 checkpoint 推进一下,如下图:

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这就是整个redo log file中的日志恢复到数据页中的过程。


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