UNDO及MVCC、崩溃恢复 – GeaoZhang

0、undo物理存储研究

  1>ibdata第五个数据块(系统事务表)中存储着128个undo段的段头块的地址

  2>每一个undo段头块有1024行,两行记录一个事务,一共可以记录512个事务

  3>一个数据行中存放XID、rollpointr

  4>一个数据行被修改

    1.新的事务ID

    2.新的rollpointr

    3.修改后数据

  上面三部分数据都会进入到回滚块中。详细见:事务工作流程……

 

一、UNDO特性

1、避免脏读

  1>在操作任何数据之前,首先将数据备份到undo页中,然后再进行数据的修改;

  2>不能看到其他会话未提交的数据;

  3>当要读取被修改数据页数据行时,会指向备份在undo页中的数据,而避免脏读。

2、事务的回滚

  undo最基本的作用是rollback,旧数据先放到undo里面存放,等rollback时候再将undo里面的数据回滚回来。

3、DML不阻塞读

  提高并发,如果别的用户正在修改某数据页,事务没有提交,现需要读该数据页,发现事务没有提交,就根据数据行上的rollpointer找到原来的数据(在undo页上),结合该数据页将数据返给用户。

4、MVCC(一致性读)

  多版本控制Multiversion Concurrency Control

5、崩溃恢复(回滚)

  自动回滚未提交事务;

  redo前滚,undo回滚,未提交事务主动回滚,未提交事务信息在事务槽里写着。数据库在运行期间,突然崩了,数据库启动之后,需要redo前滚,就会有很多未提交的事务(事务的会话断了,不可能继续完成了,就需要对未提交事务回滚了 )也滚回来了:读取未提交事务事务槽信息,把未提交事务回滚。

 

二、事务工作流程:存储结构

1、分配一个事务ID,事务ID依次递增

2、分配一个事务槽,将事务信息写入事务槽中

3、开始修改数据行,数据行中存储事务ID、修改前数据所使用的回滚块地址

4、回滚块中存放修改前的数据

5、属于一个事务的各个回滚块链接起来

6、回滚段段头块中的地址指向回滚块链表中的最后一个回滚块

7、一个回滚块只能存放一个事务的数据

8、事务提交就是在事务槽中将事务状态改成已提交

 

三、MVCC原理机制

理解不深(转自:http://www.cnblogs.com/chenpingzhao/p/5065316.html)

1、MVCC的几个特点:

  1>每行数据都存在一个版本,每次数据更新时都更新该版本

  2>修改时Copy出当前版本随意修改,各个事务之间无干扰

  3>保存时比较版本号,如果成功(commit),则覆盖原记录;失败则放弃copy(rollback)

  也就是每行都有版本号,保存时根据版本号决定是否成功,听起来含有乐观锁的味道;

2、非阻塞读Innodb的实现方式:

  4>事务以排他锁的形式修改原始数据

  5>把修改前的数据存放于undo log,通过回滚指针与主数据关联

  6>修改成功(commit)啥都不做,失败则恢复undo log中的数据(rollback)

3、区别理解

  二者最本质的区别是,当修改数据时是否要排他锁定;

  Innodb的实现真算不上MVCC,因为并没有实现核心的多版本共存,undo log中的内容只是串行化的结果,记录了多个事务的过程,不属于多版本共存。但理想的MVCC是难以实现的,当事务仅修改一行记录使用理想的MVCC模式是没有问题的,可以通过比较版本号进行回滚;但当事务影响到多行数据时,理想的MVCC据无能为力了。

  比如,如果Transaciton1执行理想的MVCC,修改Row1成功,而修改Row2失败,此时需要回滚Row1,但因为Row1没有被锁定,其数据可能又被Transaction2所修改,如果此时回滚Row1的内容,则会破坏Transaction2的修改结果,导致Transaction2违反ACID。

  理想MVCC难以实现的根本原因在于企图通过乐观锁代替二段提交。修改两行数据,但为了保证其一致性,与修改两个分布式系统中的数据并无区别,而二提交是目前这种场景保证一致性的唯一手段。二段提交的本质是锁定,乐观锁的本质是消除锁定,二者矛盾,故理想的MVCC难以真正在实际中被应用,Innodb只是借了MVCC这个名字,提供了读的非阻塞而已。

 

四、崩溃恢复

  redo前滚、undo回滚……

1、两个保证

  1>数据库保证所有已提交事务的redolog都写入到了redo logfile中

  2>数据库保证所有脏块的redolog都早redo logfile中,只有脏块写入磁盘以后,redo log才能被覆盖

  结论:redo log有足够的能力将该有的脏块都构造出来

2、redo log如何确定使用哪些日志来构造脏块

  1>起点:checkpoint开始

    1.innodb buffer pool中存在一条flush list链表

    2.这个链表最旧的那一端对应的redo log就是将来数据库崩溃恢复redolog前滚的起点

    3.clean线程周期性的将需要flush list最旧的那一个脏块对应的redo log地址写入到ibdata中

  2>终点:redo log current最后一条日志

3、崩溃恢复的过程

第一个阶段是前滚

  前滚对应的redo log的启动和终点已经确定:redolog不害怕多跑,因为redolog有版本,数据块有版本,如果redolog比数据块还要旧,就采用空跑的方式

第二个阶段是回滚

  崩溃时没有提交的事务也会被回滚回来,这些事务都属于死事务,因为这些事务对应的用户会话已经结束,后续读到对应的数据块,发现数据块上有未提交事务,读取未提交事务对应的事务信息,发现已经是死事务,主动回滚这个数据块;

  碰到死事务对应的数据块,谁使用谁回滚。

 

五、大事务、长事务

1、长事务的危害

  开始一个事务,长时间不提交,所有的数据都需要undo去保存,可能产生很多undo数据,而且还不能被清空覆盖,一直保存到该事务提交。很严重。

2、大事务的危害

  修改批量的数据,占用过多的undo页(产生undo数据主要是delete产生的,但MySQL对delete做了优化,添加deleted_flag标志位,减少delete对undo的使用),所以危害不是很大,而且正常的事务场景也不会出现大事务。

3、如何判断大事务和长事务

  mysql> desc information_schema.INNODB_TRX;

关键参数:

  1.trx_started:事务开始的时间,如果时间较当前差很远说明是长事务

  2.trx_rows_modified:事务修改的行数量,如果值很大说明是大事务

  3.trx_mysql_thread_id:该事务所对应的线程id(kill线程清理事务)

4、解决棘手的大事务、长事务

  处理大事务:kill -9 mysql_process_id:处理大事务,就直接干掉mysql实例,不会主动去回滚所以速度块,然后重启。(除非迫不得已,否则不那么干,生产环境重启服务器是天大的事情)

  处理长事务:如果开始的时间不是很长,并且行数不是很多,直接kill掉该事务所在的线程。(在数据库里kill,可能反应慢)

 

六、UNDO的优化处理

1、实现undo分离

  在MySQL5.5以及之前,除了数据量自然增长之外,一旦出现大事务,其所使用的undo log占用的空间就会一直在ibdata1里面存在,即使这个事务已经关闭。随着数据库上线时间越来越长,ibdata1文件会越来越大,物理备份文件越来越大……

  MySQL 5.6增加了如下参数,可以把undo log从ibdata1移出来单独存放。

mysql> show variables like '%undo%';
+--------------------------+------------+
| Variable_name            | Value      |
+--------------------------+------------+
| innodb_max_undo_log_size | 1073741824 |
| innodb_undo_directory    | ./         |
| innodb_undo_log_truncate | ON         |
| innodb_undo_logs         | 128        |
| innodb_undo_tablespaces  | 3          |
+--------------------------+------------+
5 rows in set, 1 warning (0.00 sec)

1> innodb_undo_directory

  指定单独存放undo表空间的目录,默认为.(即datadir),可以设置相对路径或者绝对路径。该参数实例初始化之后虽然不可直接改动,但是可以通过先停库,修改配置文件,然后移动undo表空间文件的方式去修改该参数;

2> innodb_undo_tablespaces

  指定单独存放的undo表空间个数,例如如果设置为3,则undo表空间为undo001、undo002、undo003,每个文件初始大小默认为10M。该参数实例初始化之后不可改动;

3> innodb_undo_logs

  指定回滚段的个数(早期版本该参数名字是innodb_rollback_segments),默认128个。每个回滚段可同时支持1024个在线事务。这些回滚段会平均分布到各个undo表空间中。该变量可以动态调整,但是物理上的回滚段不会减少,只是会控制用到的回滚段的个数。

操作undo分离:实际使用方面,在初始化实例之前,我们只需要设置innodb_undo_tablespaces参数(建议大于等于3)即可将undo log设置到单独的undo表空间中。

2、在线收缩undo表空间

  MySQL 5.7引入了新的参数,innodb_undo_log_truncate,开启后可在线收缩拆分出来的undo表空间,支持动态设置。

  1>实现在线收缩undo的条件

    1.innodb_undo_tablespaces>=2:因为truncate undo表空间时,该文件处于inactive状态,如果只有1个undo表空间,那么整个系统在此过程中将处于不可用状态;

    2.innodb_undo_logs>=35(默认128):因为在MySQL 5.7中,第一个undo log永远在共享表空间中,另外32个undo log分配给了临时表空间(即ibtmp1),至少还有2个undo log才能保证2个undo表空间中每个里面至少有1个undo log;

  2>满足以上2个条件后

    innodb_undo_log_truncate=ON,即可开启undo表空间的自动truncate

    1.innodb_max_undo_log_size:undo表空间文件超过此值即标记为可收缩,默认1G,truncate之后空间缩小到10M;

    2.innodb_purge_rseg_truncate_frequency:指定purge操作被唤起多少次之后才释放rollback segments。当undo表空间里面的rollback segments被释放时,undo表空间才会被truncate。(最大是128,最小是1,默认为128)该参数越小,undo表空间被尝试truncate的频率越高。



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