数据库内核月报 － 2020 / 06

目的

8.0 中使用 link buf 管理并发写 redo 时如何获取到连续的 lsn，在 log_writer 线程中才能把这段对应的日志刷到文件系统 page cache 中。

代码文件：storage/innobase/include/ut0link_buf.h

参数

innodb_log_recent_written_size

分析

初始化

capacity 表示 link buf 能够管理的无序范围。比如有多个 mtr 并发的写入，其对应的 LSN 如下：
mtr1:  [4096 ~ 5096]
mtr2: [5097 ~ 8022]
mtr3: [8022 ~ 8048]
mtr4: [8049 ~ 9033]

假如 capacity 是 4K，那么能够处理的 max(LSN) - min(LSN) = 4K. 因为每一个 LSN 都要 HASH 到 link_buf 的一个数组中。而 capacity 就是数组的大小。数组元素的类型由 Position 决定。

  template <typename Position>
Link_buf<Position>::Link_buf(size_t capacity)
  : m_capacity(capacity), m_tail(0) {
    if (capacity == 0) {
      m_links = nullptr;
      return;
    }

    ut_a((capacity & (capacity - 1)) == 0);

    m_links = UT_NEW_ARRAY_NOKEY(std::atomic<Distance>, capacity);

    for (size_t i = 0; i < capacity; ++i) {
      m_links[i].store(0);
    }
  }

初始化后：

m_link[capacity] 其中每一个值都是 0

添加元素

多个 mtr 写 redo log 的时候会去 reserve 一段连续的空间，如初始化部分介绍，mtr 的起始和结束的 LSN。添加到 link buf 中

template <typename Position>
inline void Link_buf<Position>::add_link(Position from, Position to) {
  ut_ad(to > from);
  ut_ad(to - from <= std::numeric_limits<Distance>::max());

  const auto index = slot_index(from);

  auto &slot = m_links[index];

  ut_ad(slot.load() == 0);

  slot.store(to - from);
}

根据 from ，也就是起始的位置寻找到 m_link 数组中的一个位置。算法比较简单，对 capacity 取模即可，因为要保证一个并发空间内的起始 LSN 取模唯一，所以 capacicy 会限制并发空间。

template <typename Position>
inline size_t Link_buf<Position>::slot_index(Position position) const {
  return position & (m_capacity - 1);
}

假如 mtr1 和 mtr 3 先加入 link buf：

mtr1 落到 index 0 的位置，在这个数组元素中写入 mtr1 的 数据长度，也就是 LSN 区间大小，是 1000. 同样 mtr3 也落到 index 3926 的位置，写入区间大小，26。数组的其余位置都为 0。

寻找连续

上面添加完元素之后，其实 mtr1 和 mtr3 的 LSN 是接不上的，因为 mtr2 还没并发的写到 redo log buffer 中，因为不能最多只能刷盘的 mtr1 的 end LSN。Log writer 线程会在刷盘的时候通过 Link buf 找到连续位置：

template <typename Position>
template <typename Stop_condition>
bool Link_buf<Position>::advance_tail_until(Stop_condition stop_condition) {
  auto position = m_tail.load();

  while (true) {
    Position next;

    bool stop = next_position(position, next);

    if (stop || stop_condition(position, next)) {
      break;
    }

    /* Reclaim the slot. */
    claim_position(position);

    position = next;
  }

  if (position > m_tail.load()) {
    m_tail.store(position);

    return true;

  } else {
    return false;
  }
}

template <typename Position>
inline bool Link_buf<Position>::advance_tail() {
  auto stop_condition = [](Position from, Position to) { return (to == from); };

  return advance_tail_until(stop_condition);
}

用变量 m_tail 表示最后一个找到的连续位置。函数 advance_tail 尝试推进这个值，其中 next_positon 会根据当前的 LSN 获得下一个连续位置的 LSN。

template <typename Position>
bool Link_buf<Position>::next_position(Position position, Position &next) {
  const auto index = slot_index(position);

  auto &slot = m_links[index];

  const auto distance = slot.load();

  ut_ad(position < std::numeric_limits<Position>::max() - distance);

  next = position + distance;

  return distance == 0;
}

代码比较简单，就是根据数组中的长度，加上当前的 LSN。对于上述列子，假如此时 m_tail 是 4096 也就是 mtr1 之前，此时 4096 找到 mtr1 的 index，然后加上 mtr1 的长度，得到 next_position 是 5096，也就是 mtr2 的起始 LSN。但是此时 mtr2 还未假如 link buf, index[1001] 是 0。表示此时无法继续推进。如果 mtr2 也加入了 linkbuf，则可以顺着大小找到 mtr3 的结尾。

是否能使用 link buf

link buf 长度有限，肯定存在两个 LSN 指向同一个 index slot，所以在添加元素之前要先检测一下是否能够放进去。

template <typename Position>
inline bool Link_buf<Position>::has_space(Position position) const {
  return tail() + m_capacity > position;
}

看起来很简单，就是加入的 position 是不是落到 tail() + capacity 里面。

在 log_buffer_write_completed 函数中的注释有解释：

 /* Let M = log.recent_written_size (number of slots).  For any integer k, all lsn values equal to: start_lsn + k*M  correspond to the same slot, and only the smallest of them  may use the slot. At most one of them can fit the range  [log.buf_ready_for_write_lsn..log.buf_ready_ready_write_lsn+M).  Any smaller values have already used the slot. Hence, we just  need to wait until start_lsn will fit the mentioned range. */

uint64_t wait_loops = 0;

while (!log.recent_written.has_space(start_lsn)) {
  ++wait_loops;
  os_thread_sleep(20);
}

因为 LSN 是递增的，总是较小的 LSN 先进入 link buf，所以检测 slot 是否可用，就能阻止相同 slot 的进入。

重新理解 capacity

capacity 表示容量，其实上面的例子容易有误导，认为 mtr1 到 mtr2 中间隔着 1000 个 slot，这些 slot 就用不到，一直为 0 了。其实不然，举个例子：

假如来了一个 mtr 5 [9034 - 14062], 此时 tail 仍然是 4095。mtr5 落到了 index 842 的位置，其实 mtr5 的长度已经大于 capacity 了，如果又来一个 mtr7 [14063 - 14070]，实际上会落到 index 751 的位置。

由此看 link buf 的 mtr 之间的 slot 并不一定是 0. 所以 capacity 可以这么理解，就是最大的 mtr 并发数，当然一般很难达到，必须要所有的 mtr 的 start lsn 都不冲突才行。

Note: mtr 的 LSN 应该是 SN，也就是有效的数据的 LSN，不包括 Log block 的 hearder 和 tail，而 block 又是 512 对齐的，所以 capacity 的大小配置如果是 512 对齐的，可能就有某些 slot 就一直用不上。default 值是 16 MB 通过参数 log_recent_written_size 配置。