数据库内核月报 - 2017 / 10

MySQL · 引擎特性 · InnoDB mini transation

前言

InnoDB有两个非常重要的日志,undo log 和 redo log;通过undo log可以看到数据较早版本,实现MVCC,或回滚事务等功能;redo log用来保证事务持久性

本文以一条insert语句为线索介绍 mini transaction

mini transaction 简介

mini transation 主要用于innodb redo log 和 undo log写入,保证两种日志的ACID特性

mini-transaction遵循以下三个协议:

  1. The FIX Rules

  2. Write-Ahead Log

  3. Force-log-at-commit

The FIX Rules

修改一个页需要获得该页的x-latch

访问一个页是需要获得该页的s-latch或者x-latch

持有该页的latch直到修改或者访问该页的操作完成

Write-Ahead Log

持久化一个数据页之前,必须先将内存中相应的日志页持久化

每个页有一个LSN,每次页修改需要维护这个LSN,当一个页需要写入到持久化设备时,要求内存中小于该页LSN的日志先写入到持久化设备中

Force-log-at-commit

一个事务可以同时修改了多个页,Write-AheadLog单个数据页的一致性,无法保证事务的持久性

Force -log-at-commit要求当一个事务提交时,其产生所有的mini-transaction日志必须刷到持久设备中

这样即使在页数据刷盘的时候宕机,也可以通过日志进行redo恢复

代码简介

本文使用 MySQL 5.6.16 版本进行分析

mini transation 相关代码路径位于 storage/innobase/mtr/ 主要有 mtr0mtr.cc 和 mtr0log.cc 两个文件

另有部分代码在 storage/innobase/include/ 文件名以 mtr0 开头

mini transaction 的信息保存在结构体 mtr_t 中,结构体成员描述如下

成员属性 描述
state mini transaction所处状态 MTR_ACTIVE, MTR_COMMITTING, MTR_COMMITTED
memo mtr 持有锁的栈
log mtr产生的日志
inside_ibuf insert buffer 是否修改
modifications 是否修改buffer pool pages
made_dirty 是否产生buffer pool脏页
n_log_recs log 记录数
n_freed_pages 释放page数
log_mode 日志模式,默认MTR_LOG_ALL
start_lsn lsn 起始值
end_lsn lsn 结束值
magic_n 魔术字

一个 mini transaction 从 mtr_start(mtr)开始,到 mtr_commit(mtr)结束

一条insert语句涉及的 mini transaction

下面涉及 mtr 的嵌套,在代码中,每个 mtr_t 对象变量名都叫 mtr,本文中为了区分不同 mtr,给不同的对象加编号

下面一般省略 mtr_t 以外的参数

第一个 mtr 从 row_ins_clust_index_entry_low 开始

mtr_start(mtr_1) // mtr_1 贯穿整条insert语句
row_ins_clust_index_entry_low


mtr_s_lock(dict_index_get_lock(index), mtr_1) // 对index加s锁
btr_cur_search_to_nth_level
row_ins_clust_index_entry_low


mtr_memo_push(mtr_1) // buffer RW_NO_LATCH 入栈
buf_page_get_gen
btr_cur_search_to_nth_level
row_ins_clust_index_entry_low


mtr_memo_push(mtr_1) // page RW_X_LATCH 入栈
buf_page_get_gen
btr_block_get_func
btr_cur_latch_leaves
btr_cur_search_to_nth_level
row_ins_clust_index_entry_low

	
	mtr_start(mtr_2) // mtr_2 用于记录 undo log
	trx_undo_report_row_operation
	btr_cur_ins_lock_and_undo
	btr_cur_optimistic_insert
	row_ins_clust_index_entry_low
	
	
		mtr_start(mtr_3) // mtr_3 分配或复用一个 undo log
		trx_undo_assign_undo
		trx_undo_report_row_operation
		btr_cur_ins_lock_and_undo
		btr_cur_optimistic_insert
		row_ins_clust_index_entry_low
		
		mtr_memo_push(mtr_3) // 对复用(也可能是分配)的 undo log page 加 RW_X_LATCH 入栈
		buf_page_get_gen
		trx_undo_page_get
		trx_undo_reuse_cached // 这里先尝试复用,如果复用失败,则分配新的 undo log
		trx_undo_assign_undo
		trx_undo_report_row_operation
		

 		trx_undo_insert_header_reuse(mtr_3) // 写 undo log header
		trx_undo_reuse_cached
		trx_undo_assign_undo
		trx_undo_report_row_operation
		
		
		trx_undo_header_add_space_for_xid(mtr_3) // 在 undo header 中预留 XID 空间
		trx_undo_reuse_cached
		trx_undo_assign_undo
		trx_undo_report_row_operation
		
		
		mtr_commit(mtr_3) // 提交 mtr_3
		trx_undo_assign_undo
		trx_undo_report_row_operation
		btr_cur_ins_lock_and_undo
		btr_cur_optimistic_insert
		row_ins_clust_index_entry_low
	
	mtr_memo_push(mtr_2) // 即将写入的 undo log page 加 RW_X_LATCH 入栈
	buf_page_get_gen
	trx_undo_report_row_operation
	btr_cur_ins_lock_and_undo
	btr_cur_optimistic_insert
	row_ins_clust_index_entry_low
	
	
	trx_undo_page_report_insert(mtr_2) // undo log 记录 insert 操作
	trx_undo_report_row_operation
	btr_cur_ins_lock_and_undo
	btr_cur_optimistic_insert
	row_ins_clust_index_entry_low
	
	
	mtr_commit(mtr_2) // 提交 mtr_2
	trx_undo_report_row_operation
	btr_cur_ins_lock_and_undo
	btr_cur_optimistic_insert
	row_ins_clust_index_entry_low
	
/*
	mtr_2 提交后开始执行 insert 操作
	page_cur_insert_rec_low 具体执行 insert 操作
	在该函数末尾调用 page_cur_insert_rec_write_log 写 redo log
*/


page_cur_insert_rec_write_log(mtr_1) // insert 操作写 redo log
page_cur_insert_rec_lowpage_cur_tuple_insert
btr_cur_optimistic_insert


mtr_commit(mtr_1) // 提交 mtr_1
row_ins_clust_index_entry_low	

至此 insert 语句执行结束后

一条 insert 是一个单语句事务,事务提交时也会涉及 mini transaction

提交事务时,第一个 mtr 从 trx_prepare 开始

mtr_start(mtr_4) // mtr_4 用于 prepare transaction
trx_prepare
trx_prepare_for_mysql
innobase_xa_prepare
ha_prepare_low
MYSQL_BIN_LOG::prepare
ha_commit_trans
trans_commit_stmt
mysql_execute_command


mtr_memo_push(mtr_4) // undo page 加 RW_X_LATCH 入栈
buf_page_get_gen
trx_undo_page_get
trx_undo_set_state_at_prepare
trx_prepare


mlog_write_ulint(seg_hdr + TRX_UNDO_STATE, undo->state, MLOG_2BYTES, mtr_4) 写入TRX_UNDO_STATE
trx_undo_set_state_at_prepare
trx_prepare


mlog_write_ulint(undo_header + TRX_UNDO_XID_EXISTS, TRUE, MLOG_1BYTE, mtr_4) 写入 TRX_UNDO_XID_EXISTS
trx_undo_set_state_at_prepare
trx_prepare


trx_undo_write_xid(undo_header, &undo->xid, mtr_4) undo 写入 xid
trx_undo_set_state_at_prepare
trx_prepare


mtr_commit(mtr_4) // 提交 mtr_4
trx_prepare




mtr_start(mtr_5) // mtr_5 用于 commit transaction
trx_commit
trx_commit_for_mysql
innobase_commit_low
innobase_commit
ha_commit_low
MYSQL_BIN_LOG::process_commit_stage_queue
MYSQL_BIN_LOG::ordered_commit
MYSQL_BIN_LOG::commit
ha_commit_trans
trans_commit_stmt
mysql_execute_command



mtr_memo_push(mtr_5) // undo page 加 RW_X_LATCH 入栈
buf_page_get_gen
trx_undo_page_get
trx_undo_set_state_at_finish
trx_write_serialisation_history
trx_commit_low
trx_commit


trx_undo_set_state_at_finish(mtr_5) // set undo state, 这里是 TRX_UNDO_CACHED
trx_write_serialisation_history
trx_commit_low
trx_commit


mtr_memo_push(mtr_5) // 系统表空间 transaction system header page 加 RW_X_LATCH 入栈
buf_page_get_gen
trx_sysf_get
trx_sys_update_mysql_binlog_offset
trx_write_serialisation_history
trx_commit_low
trx_commit


trx_sys_update_mysql_binlog_offset // 更新偏移量信息到系统表空间
trx_write_serialisation_history
trx_commit_low
trx_commit

mtr_commit(mtr_5) // 提交 mtr_5
trx_commit_low
trx_commit

至此 insert 语句涉及的 mini transaction 全部结束

总结

上面可以看到加锁、写日志到 mlog 等操作在 mini transaction 过程中进行

解锁、把日志刷盘等操作全部在 mtr_commit 中进行,和事务类似

mini transaction 没有回滚操作, 因为只有在 mtr_commit 才将修改落盘,如果宕机,内存丢失,无需回滚;如果落盘过程中宕机,崩溃恢复时可以看出落盘过程不完整,丢弃这部分修改

mtr_commit 主要包含以下步骤

  1. mlog 中日志刷盘
  2. 释放 mtr 持有的锁,锁信息保存在 memo 中,以栈形式保存,后加的锁先释放
  3. 清理 mtr 申请的内存空间,memo 和 log
  4. mtr—>state 设置为 MTR_COMMITTED

上面的步骤 1. 中,日志刷盘策略和 innodb_flush_log_at_trx_commit 有关

  • 当设置该值为1时,每次事务提交都要做一次fsync,这是最安全的配置,即使宕机也不会丢失事务
  • 当设置为2时,则在事务提交时只做write操作,只保证写到系统的page cache,因此实例crash不会丢失事务,但宕机则可能丢失事务
  • 当设置为0时,事务提交不会触发redo写操作,而是留给后台线程每秒一次的刷盘操作,因此实例crash将最多丢失1秒钟内的事务