事务还没提交的时候,redolog 能不能被持久化到磁盘呢?

小天天天天    数据库    912 次    2022-03-08 16:22:12


又是被自己菜醒的一天,总结面经看到这题目听都没听过,打开百度就像吃饭一样自然。


老规矩,背诵版在文末。


首先,咱需要明白的是,啥是持久化?


听起来高大上,换句简单的话来说,就是把数据写到磁盘上,也成为落盘。

那为啥要做持久化到磁盘?

目的就是可以在数据丢失后进行恢复,保证数据不丢失。


那么对于 MySQL 来说,只要 binlog 和 redolog 都能正确持久化到磁盘上,就可以保证数据不丢失了。

由此引出文题,不过在讲 redolog 之前,我们还是有必要先来说一下 binlog 的持久化操作。


binlog 持久化
这里引入了一个新的概念:binlog cache

从名字就能看出来,binlog cache 其实就是一片内存区域,充当缓存的作用。

每个线程都有自己 binlog cache 区域,在事务运行的过程中,MySQL 会先把日志写到 binlog cache 中,等到事务真正提交的时候,再统一把 binlog cache 中的数据写到 binlog 文件中。(binlog cache 有很多个,binlog 文件只有一个!)

事实上,这个从 binlog cache 写到 binlog 文件中的操作,并不就是落盘操作了,这里仅仅是把 binlog 写到了文件系统的 page cache 上(这一步对应下图中的 write 操作)。

简单解释下文件系统的 page cache:

CPU 如果要访问外部磁盘上的文件,需要首先将这些文件的内容拷贝到内存中,由于硬件的限制,从磁盘到内存的数据传输速度是很慢的,如果现在物理内存有空余,干嘛不用这些空闲内存来缓存一些磁盘的文件内容呢,这部分用作缓存磁盘文件的内存就叫做 page cache。

很多同学看到这里可能觉得特别特别熟悉,是的,和 CPU 里的高速缓存是不是很像?两者其实都是利用的局部性原理,只不过高速缓存是 CPU 缓存内存的数据,而 page cache 是内存缓存磁盘的数据,这也体现了操作系统内存层次结构分级的思想。

所以,最后需要把 page cache 中的数据同步到磁盘上,才算真正完成了 binlog 的持久化(这一步对应下图中的 fsync 操作)。一般情况下,我们认为 fsync 才占磁盘的 IOPS (Input/Output Operations Per Second)


write 和 fsync 的时机,是由参数 sync_binlog 控制的:

sync_binlog = 0,每次提交事务的时候,只进行 write,不进行 fsync
sync_binlog = 1候,每次提交事务的时候,执行 write 和 fsync
sync_binlog = N(N>1),每次提交事务的时候,执行 write,累积 N 个事务后再执行 fsync
可以看出来,如果业务场景涉及到的 IO 操作很多的话,可以适当增大 sync_binlog 的值,提高性能。但是也存在一定的风险,比如你设置成 100,万一在第 80 个事务提交的时候数据库宕机了,那这些事务的 binlog 日志由于没有执行 fsync,也就丢失了。


redolog 持久化
类比 binlog,在事务执行过程中,binlog 都是存在 binlog cache 中,redolog 也有这样一块内存区域,叫作 redolog buffer。

在事务运行的过程中,MySQL 会先把日志写到 redolog buffer 中,等到事务真正提交的时候,再统一把 redolog buffer 中的数据写到 redolog 文件中。和 binlog 的落盘操作一样,这个从 redolog buffer 写到 redolog 文件中的操作,并不就是落盘操作了,这里仅仅是把 redolog 写到了文件系统的 page cache 上,最后还需要执行 fsync 才能够实现真正的落盘。


解释下 redo log buffer?

在一个事务的更新过程中,日志是要写多次的。比如下面这个事务:

begin; insert into table1 ... insert into table2 ... commit;


这个事务要往两个表 table1 和 table2 中插入记录,为了确保这个事务不被拆开,一次性的完整写入日志文件中,在插入数据的过程中,我们需要把生成的日志都先保存起来。redolog buffer 就是这么一个用来先存 redo 日志的地方。

也就是说,在执行第一条 insert 语句的时候,redolog buffer 也就写入了这条记录的日志。

不同于 binlog cache 每个线程都有一个,redolog buffer 只有那么一个。

事实上,日志写到 redolog buffer 是很快的,wirte 到 page cache 也差不多,但是 fsync 持久化到磁盘的速度就慢多了,为了控制 redo log 的写入策略,InnoDB 提供了 innodb_flush_log_at_trx_commit 参数,它有三种可能取值:

innodb_flush_log_at_trx_commit = 0,每次事务提交的时候,都只是把 redolog 留在 redolog buffer 中
innodb_flush_log_at_trx_commit = 1,每次事务提交的时候,都执行 fsync 将 redolog 直接持久化到磁盘
innodb_flush_log_at_trx_commit = 2,每次事务提交的时候,都只执行 write 将 redolog 写到文件系统的 page cache 中

说了这么多,各位小伙伴们对 binlog 和 redolog 的持久化机制想必都有所了解了,我们来看文题:事务还没提交的时候,redolog 能不能被持久化到磁盘呢?

先说答案,答案就是有可能。


分析下 redolog 可能存在的三种状态(binlog 也差不多):

事务执行过程中,存在 MySQL 的进程内存中的 redolog buffer 中
事务提交,执行 write 操作存在文件系统的 page cache 中,但是没有执行 fsync 操作持久化到磁盘
事务提交,执行 fsync 操作持久化到磁盘
至于为什么说事务还没提交的时候,redolog 也有可能被持久化到磁盘呢?


InnoDB 有一个后台线程,每隔 1 秒轮询一次,具体的操作是这样的:调用 write 将 redolog buffer 中的日志写到文件系统的 page cache,然后调用 fsync 持久化到磁盘。而在事务执行中间过程的 redolog 都是直接写在 redolog buffer 中的,也就是说,一个没有提交的事务的 redolog,也是有可能会被后台线程一起持久化到磁盘的。

另外,除了后台线程每秒一次的轮询操作外,还有两种场景会让一个没有提交的事务的 redolog 写盘:

innodb_flush_log_at_trx_commit 设置是 1,这样并行的某个事务提交的时候,就会顺带将这个事务的 redolog buffer 持久化到磁盘

举个例子,假设事务 A 执行到一半,已经写了一些 redolog 到 redolog buffer 中,这时候有另外一个事务 B 提交,按照 innodb_flush_log_at_trx_commit = 1 的逻辑,事务 B 要把 redolog buffer 里的日志全部持久化到磁盘,这时候,就会带上事务 A 在 redolog buffer 里的日志一起持久化到磁盘

redo log buffer 占用的空间达到 redolo buffer 大小(由参数 innodb_log_buffer_size 控制,默认是 8MB)一半的时候,后台线程会主动写盘。不过由于这个事务并没有提交,所以这个写盘动作只是 write 到了文件系统的 page cache,仍然是在内存中,并没有调用 fsync 真正落盘


最后放上这道题的背诵版:

面试官:

问题:事务还没提交的时候,redo log 能不能被持久化到磁盘呢?
相关问题:MySQL 是如何保证数据不丢失的呢?
小牛:事务还没有提交的时候,redo log 是有可能被持久化到磁盘的。

redolog 的具体落盘操作是这样的:在事务运行的过程中,MySQL 会先把日志写到 redolog buffer 中,等到事务真正提交的时候,再统一把 redolog buffer 中的数据写到 redolog 文件中。不过这个从 redolog buffer 写到 redolog 文件中的操作也就是 write 并不就是落盘操作了,这里仅仅是把 redolog 写到了文件系统的 page cache 上,最后还需要执行 fsync 才能够实现真正的落盘。


也就是说,redolog 其实存在三种状态:

事务执行过程中,存在 MySQL 的进程内存中的 redolog buffer 中
事务提交,执行 write 操作存在文件系统的 page cache 中,但是没有执行 fsync 操作持久化到磁盘
事务提交,执行 fsync 操作持久化到磁盘
额为什么说事务还没提交的时候,redolog 也有可能被持久化到磁盘呢?


主要有三种可能的原因:


第一种情况:InnoDB 有一个后台线程,每隔 1 秒轮询一次,具体的操作是这样的:调用 write 将 redolog buffer 中的日志写到文件系统的 page cache,然后调用 fsync 持久化到磁盘。而在事务执行中间过程的 redolog 都是直接写在 redolog buffer 中的,也就是说,一个没有提交的事务的 redolog,也是有可能会被后台线程一起持久化到磁盘的。


第二种情况:innodb_flush_log_at_trx_commit 设置是 1,这个参数的意思就是,每次事务提交的时候,都执行 fsync 将 redolog 直接持久化到磁盘(还有 0 和 2 的选择,0 表示每次事务提交的时候,都只是把 redolog 留在 redolog buffer 中;2 表示每次事务提交的时候,都只执行 write 将 redolog 写到文件系统的 page cache 中)。举个例子,假设事务 A 执行到一半,已经写了一些 redolog 到 redolog buffer 中,这时候有另外一个事务 B 提交,按照 innodb_flush_log_at_trx_commit = 1 的逻辑,事务 B 要把 redolog buffer 里的日志全部持久化到磁盘,这时候,就会带上事务 A 在 redolog buffer 里的日志一起持久化到磁盘


第三种情况:redo log buffer 占用的空间达到 redolo buffer 大小(由参数 innodb_log_buffer_size 控制,默认是 8MB)一半的时候,后台线程会主动写盘。不过由于这个事务并没有提交,所以这个写盘动作只是 write 到了文件系统的 page cache,仍然是在内存中,并没有调用 fsync 真正落盘


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