InnoDB的Redo Undo Log 本文是介紹MySQL數據庫InnoDB存儲引擎重做日志漫游 – Undo Log Undo Log 是為了實現事務的原子性，在MySQL數據庫InnoDB存儲引擎中，還用Undo Log來實現多版本並發控制(簡稱：MVCC)。 - 事務的原子性(Atomicity) 事務中的所有操作，要麼全部完成，要麼不做任何操作，不能只做部分操作。如果在執行的過程中發生 了錯誤，要回滾(Rollback)到事務開始前的狀態，就像這個事務從來沒有執行過。 - 原理 Undo Log的原理很簡單，為了滿足事務的原子性，在操作任何數據之前，首先將數據備份到一個地方 （這個存儲數據備份的地方稱為Undo Log）。然後進行數據的修改。如果出現了錯誤或者用戶執行了 ROLLBACK語句，系統可以利用Undo Log中的備份將數據恢復到事務開始之前的狀態。 除了可以保證事務的原子性，Undo Log也可以用來輔助完成事務的持久化。 - 事務的持久性(Durability) 事務一旦完成，該事務對數據庫所做的所有修改都會持久的保存到數據庫中。為了保證持久性，數據庫 系統會將修改後的數據完全的記錄到持久的存儲上。 - 用Undo Log實現原子性和持久化的事務的簡化過程 假設有A、B兩個數據，值分別為1,2。 A.事務開始. B.記錄A=1到undo log. C.修改A=3. D.記錄B=2到undo log. E.修改B=4. F.將undo log寫到磁盤。 G.將數據寫到磁盤。 H.事務提交 這裡有一個隱含的前提條件：‘數據都是先讀到內存中，然後修改內存中的數據，最後將數據寫回磁盤’。 之所以能同時保證原子性和持久化，是因為以下特點： A. 更新數據前記錄Undo log。 B. 為了保證持久性，必須將數據在事務提交前寫到磁盤。只要事務成功提交，數據必然已經持久化。 C. Undo log必須先於數據持久化到磁盤。如果在G,H之間系統崩潰，undo log是完整的， 可以用來回滾事務。 D. 如果在A-F之間系統崩潰,因為數據沒有持久化到磁盤。所以磁盤上的數據還是保持在事務開始前的狀態。 缺陷：每個事務提交前將數據和Undo Log寫入磁盤，這樣會導致大量的磁盤IO，因此性能很低。 如果能夠將數據緩存一段時間，就能減少IO提高性能。但是這樣就會喪失事務的持久性。因此引入了另外一 種機制來實現持久化，即Redo Log. – Redo Log - 原理 和Undo Log相反，Redo Log記錄的是新數據的備份。在事務提交前，只要將Redo Log持久化即可， 不需要將數據持久化。當系統崩潰時，雖然數據沒有持久化，但是Redo Log已經持久化。系統可以根據 Redo Log的內容，將所有數據恢復到最新的狀態。 - Undo + Redo事務的簡化過程 假設有A、B兩個數據，值分別為1,2. A.事務開始. B.記錄A=1到undo log. C.修改A=3. D.記錄A=3到redo log. E.記錄B=2到undo log. F.修改B=4. G.記錄B=4到redo log. H.將redo log寫入磁盤。 I.事務提交 - Undo + Redo事務的特點 A. 為了保證持久性，必須在事務提交前將Redo Log持久化。 B. 數據不需要在事務提交前寫入磁盤，而是緩存在內存中。 C. Redo Log 保證事務的持久性。 D. Undo Log 保證事務的原子性。 E. 有一個隱含的特點，數據必須要晚於redo log寫入持久存儲。 - IO性能 Undo + Redo的設計主要考慮的是提升IO性能。雖說通過緩存數據，減少了寫數據的IO. 但是卻引入了新的IO，即寫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。 為了保證Redo Log能夠有比較好的IO性能，InnoDB 的 Redo Log的設計有以下幾個特點： A. 盡量保持Redo Log存儲在一段連續的空間上。因此在系統第一次啟動時就會將日志文件的空間完全分配。 以順序追加的方式記錄Redo Log,通過順序IO來改善性能。 B. 批量寫入日志。日志並不是直接寫入文件，而是先寫入redo log buffer.當需要將日志刷新到磁盤時 (如事務提交),將許多日志一起寫入磁盤. C. 並發的事務共享Redo Log的存儲空間，它們的Redo Log按語句的執行順序，依次交替的記錄在一起， 以減少日志占用的空間。例如,Redo Log中的記錄內容可能是這樣的： 記錄1: <trx1, insert …> 記錄2: <trx2, update …> 記錄3: <trx1, delete …> 記錄4: <trx3, update …> 記錄5: <trx2, insert …> D. 因為C的原因,當一個事務將Redo Log寫入磁盤時，也會將其他未提交的事務的日志寫入磁盤。 E. Redo Log上只進行順序追加的操作，當一個事務需要回滾時，它的Redo Log記錄也不會從 Redo Log中刪除掉。 – 恢復(Recovery) - 恢復策略 前面說到未提交的事務和回滾了的事務也會記錄Redo Log，因此在進行恢復時,這些事務要進行特殊的 的處理.有2中不同的恢復策略： A. 進行恢復時，只重做已經提交了的事務。 B. 進行恢復時，重做所有事務包括未提交的事務和回滾了的事務。然後通過Undo Log回滾那些 未提交的事務。 - InnoDB存儲引擎的恢復機制 MySQL數據庫InnoDB存儲引擎使用了B策略, InnoDB存儲引擎中的恢復機制有幾個特點： A. 在重做Redo Log時，並不關心事務性。 恢復時，沒有BEGIN，也沒有COMMIT,ROLLBACK的行為。 也不關心每個日志是哪個事務的。盡管事務ID等事務相關的內容會記入Redo Log，這些內容只是被當作 要操作的數據的一部分。 B. 使用B策略就必須要將Undo Log持久化，而且必須要在寫Redo Log之前將對應的Undo Log寫入磁盤。 Undo和Redo Log的這種關聯，使得持久化變得復雜起來。為了降低復雜度，InnoDB將Undo Log看作 數據，因此記錄Undo Log的操作也會記錄到redo log中。這樣undo log就可以象數據一樣緩存起來， 而不用在redo log之前寫入磁盤了。 包含Undo Log操作的Redo Log，看起來是這樣的： 記錄1: <trx1, Undo log insert <undo_insert …>> 記錄2: <trx1, insert …> 記錄3: <trx2, Undo log insert <undo_update …>> 記錄4: <trx2, update …> 記錄5: <trx3, Undo log insert <undo_delete …>> 記錄6: <trx3, delete …> C. 到這裡，還有一個問題沒有弄清楚。既然Redo沒有事務性，那豈不是會重新執行被回滾了的事務？ 確實是這樣。同時Innodb也會將事務回滾時的操作也記錄到redo log中。回滾操作本質上也是 對數據進行修改，因此回滾時對數據的操作也會記錄到Redo Log中。 一個回滾了的事務的Redo Log，看起來是這樣的： 記錄1: <trx1, Undo log insert <undo_insert …>> 記錄2: <trx1, insert A…> 記錄3: <trx1, Undo log insert <undo_update …>> 記錄4: <trx1, update B…> 記錄5: <trx1, Undo log insert <undo_delete …>> 記錄6: <trx1, delete C…> 記錄7: <trx1, insert C> 記錄8: <trx1, update B to old value> 記錄9: <trx1, delete A> 一個被回滾了的事務在恢復時的操作就是先redo再undo，因此不會破壞數據的一致性. - InnoDB存儲引擎中相關的函數 Redo: recv_recovery_from_checkpoint_start() Undo: recv_recovery_rollback_active() Undo Log的Redo Log: trx_undof_page_add_undo_rec_log()
