数据库内核月报 - 2017 / 07

MySQL · myrocks · myrocks写入分析

写入流程

myrocks的写入流程可以简单的分为以下几步来完成

  1. 将解析后的记录(kTypeValue/kTypeDeletion)写入到WriteBatch中
  2. 将WAL日志写入log文件
  3. 将WriteBatch中的内容写到memtable中,事务完成

其中第2,3步在提交时完成

WriteBatch与Myrocks事务处理密切相关,事务中的记录提交前都以字符串的形式存储在WriteBatch->rep_中,要么都提交,要么都回滚。 回滚的逻辑比较简单,只需要清理WriteBatch->rep_即可。详见TransactionImpl::Rollback

一个简单的insert 写入WriteBatch堆栈如下

#0  rocksdb::WriteBatchInternal::Put
#1  rocksdb::WriteBatch::Put
#2  myrocks::ha_rocksdb::update_pk
#3  myrocks::ha_rocksdb::update_indexes
#4  myrocks::ha_rocksdb::update_write_row
#5  myrocks::ha_rocksdb::write_row
#6  handler::ha_write_row
#7  write_record
#8  mysql_insert
#9  mysql_execute_command
#10 mysql_parse
#11 dispatch_command
#12 do_command
#13 do_handle_one_connection

一个简单的insert commit堆栈如下

#0  rocksdb::InlineSkipList<rocksdb::MemTableRep::KeyComparator const&>::Insert
#1  rocksdb::(anonymous namespace)::SkipListRep::Insert
#2  rocksdb::MemTable::Add
#3  rocksdb::MemTableInserter::PutCF
#4  rocksdb::WriteBatch::Iterate
#5  rocksdb::WriteBatch::Iterate
#6  rocksdb::WriteBatchInternal::InsertInto
#7  rocksdb::DBImpl::WriteImpl
#8  rocksdb::DBImpl::Write 
#9  rocksdb::TransactionImpl::Commit
#10 myrocks::Rdb_transaction_impl::commit_no_binlog
#11 myrocks::Rdb_transaction::commit
#12 myrocks::rocksdb_commit
#13 ha_commit_low
#14 TC_LOG_MMAP::commit 
#15 ha_commit_trans
#16 trans_commit_stmt
#17 mysql_execute_command
#18 mysql_parse
#19 dispatch_command
#20 do_command
#21 do_handle_one_connection

提交流程及优化

这里只分析rocksdb引擎的提交流程,实际MyRocks提交时还需先写binlog(binlog开启的情况).

rocksdb引擎提交时就完成两个事情
1. 写WAL日志(WAL开启的情况下rocksdb_write_disable_wal=off)
2. 将之前的WriteBatch写入到memtable中

然而,写WAL是一个串行操作。为了提高提交的效率, rocksdb引入了group commit机制。

待提交的事务都依次加入到提交的writer队列中,这个writer队列被划分为一个一个group. 每个group有一个leader, 其他为follower,leader负责批量写WAL。每个group由双向链表link_older, link_newer链接。如下图所示

屏幕快照 2017-07-11 下午7.46.22.png

每个writer可能的状态如下

  • Init: writer的初始状态
  • Header: writer被选为leader
  • Follower: writer被选为follower
  • LockedWating: writer在等待自己转变为指定的状态
  • Completed:writer操作完成

writer的状态变迁跟group是否并发写memtable有关
当开启并发写memtable(rocksdb_allow_concurrent_memtable_write=on)且group中的writer至少有两个时,group才会并发写。

group并发写时writer的状态变迁图如下:

屏幕快照 2017-07-14 下午1.25.27.png

group非并发写时writer的状态变迁图如下:

屏幕快照 2017-07-11 下午7.46.50.png

源码结构图如下(图片来自林青)
屏幕快照 2017-07-14 下午1.44.46.png

上面的图是在group内writer并发写memtable的情形。
非并发写memtable时,没有LaunchParallelFollowers/CompleteParallelWorker, Insertmemtable是由leader串行写入的。
这里group commit有以下要点
1. 同一时刻只有一个leader, leader完成操作后,才设置下一个leader
2. 需要等一个group都完成后,才会进行下一个group
3. group中最后一个完成的writer负责完成提交和设置下一个leader
4. Leader 负责批量写WAL
5. 只有leader才会去调整双向链表link_older,link_newer.

注意这里2,3 应该可以优化改进为

  • 不需要等一个group完成再进行下一个group
  • 不同group的follower可以并发执行
  • 只有leader负责完成提交和设置下一个leader

写入控制

rocksdb在提交写入时,需考虑以下几种情况,详见PreprocessWrite

  • WAL日志满,WAL日志超过rocksdb_max_total_wal_size,会从所有的colomn family中找出含有最老日志(the earliest log containing a prepared section)的column family进行flush, 以释放WAL日志空间
  • Buffer满,全局的write buffer超过rocksdb_db_write_buffer_size时,会从所有的colomn family中找出最先创建的memtable进行切换,详见HandleWriteBufferFull
  • 某些条件会触发延迟写
    • max_write_buffer_number > 3且 未刷immutable memtable总数 >=max_write_buffer_number-1
    • 自动compact开启时,level0的文件总数 >= level0_slowdown_writes_trigger
  • 某些条件会触发停写
    • 未刷immutable memtable总数 >=max_write_buffer_number
    • 自动compact开启时,level0的文件总数 >= level0_stop_writes_trigger

具体可参考RecalculateWriteStallConditions

总结

rocksdb写入流程还有优化空间,Facebook也有相关的优化。