Author: diaoliang
在RocksDB中每一次数据的更新都会涉及到两个结构，一个是内存中的memtable(后续会刷新到磁盘成为SST),第二个是WAL(WriteAheadLog)。 本篇文章主要就是来介绍WAL.
WAL主要的功能是当RocksDB异常退出后，能够恢复出错前的内存中(memtable)数据,因此RocksDB默认是每次用户写都会刷新数据到WAL. 每次当当前WAL对应的内存数据(memtable)刷新到磁盘之后，都会新建一个WAL.
所有的WAL文件都是保存在WAL目录(options.wal_dir),为了保证数据的状态，所有的WAL文件的名字都是按照顺序的(log_number).
WAL文件由一堆变长的record组成，而每个record是由kBlockSize(32k)来分组，比如某一个record大于kBlockSize的话，他就会被切分为多个record（通过type来判断).
+-----+-------------+--+----+----------+------+-- ... ----+
File | r0 | r1 |P | r2 | r3 | r4 | |
+-----+-------------+--+----+----------+------+-- ... ----+
<--- kBlockSize ------>|<-- kBlockSize ------>|
rn = variable size records
P = Padding
record的格式如下:
+---------+-----------+-----------+--- ... ---+
|CRC (4B) | Size (2B) | Type (1B) | Payload |
+---------+-----------+-----------+--- ... ---+
CRC = 32bit hash computed over the payload using CRC
Size = Length of the payload data
Type = Type of record
(kZeroType, kFullType, kFirstType, kLastType, kMiddleType )
The type is used to group a bunch of records together to represent
blocks that are larger than kBlockSize
Payload = Byte stream as long as specified by the payload size
最后是WAL的payload的格式.
// WriteBatch::rep_ :=
// sequence: fixed64
// count: fixed32
// data: record[count]
// record :=
// kTypeValue varstring varstring
// kTypeDeletion varstring
// kTypeSingleDeletion varstring
// kTypeMerge varstring varstring
// kTypeColumnFamilyValue varint32 varstring varstring
// kTypeColumnFamilyDeletion varint32 varstring varstring
// kTypeColumnFamilySingleDeletion varint32 varstring varstring
// kTypeColumnFamilyMerge varint32 varstring varstring
// kTypeBeginPrepareXID varstring
// kTypeEndPrepareXID
// kTypeCommitXID varstring
// kTypeRollbackXID varstring
// kTypeNoop
// varstring :=
// len: varint32
// data: uint8[len]
上面的格式中可以看到有一个sequence的值，这个值主要用来表示WAL中操作的时序，这里要注意每次sequence的更新是按照WriteBatch来更新的.
Status DBImpl::WriteToWAL(const WriteThread::WriteGroup& write_group,
log::Writer* log_writer, uint64_t* log_used,
bool need_log_sync, bool need_log_dir_sync,
SequenceNumber sequence) {
Status status;
.........................................
WriteBatchInternal::SetSequence(merged_batch, sequence);
首先是一个新的DB被打开的时候会创建一个WAL;
Status DB::Open(const DBOptions& db_options, const std::string& dbname,
const std::vector<ColumnFamilyDescriptor>& column_families,
std::vector<ColumnFamilyHandle*>* handles, DB** dbptr) {
......................................................................
s = impl->Recover(column_families);
if (s.ok()) {
uint64_t new_log_number = impl->versions_->NewFileNumber();
.............................................
s = NewWritableFile(
impl->immutable_db_options_.env,
LogFileName(impl->immutable_db_options_.wal_dir, new_log_number),
&lfile, opt_env_options);
................................................
第二个情况是当一个CF(column family)被刷新到磁盘之后，也会创建新的WAL,这种情况下创建WAL是用过SwitchMemtable函数. 这个函数主要是用来切换memtable,也就是做flush之前的切换(生成新的memtable,然后把老的刷新到磁盘)
Status DBImpl::SwitchMemtable(ColumnFamilyData* cfd, WriteContext* context) {
..................................................
{
if (creating_new_log) {
...............................................
} else {
s = NewWritableFile(
env_, LogFileName(immutable_db_options_.wal_dir, new_log_number),
&lfile, opt_env_opt);
}
.................................
}
...............................................
return s;
}
通过上面的两个函数我们可以看到每次新建WAL都会有一个new_log_number,这个值就是对应的WAL的文件名前缀，可以看到每次生成新的log_number， 基本都会调用NewFileNumber函数.这里注意如果option设置了recycle_log_file_num的话，是有可能重用老的log_number的。我们先来看下NewFileNumber函数:
uint64_t NewFileNumber() { return next_file_number_.fetch_add(1); }
可以看到函数实现很简单，就是每次log_number加一，因此一般来说WAL的文件格式都是类似0000001.LOG这样子.
WAL的删除只有当包含在此WAL中的所有的数据都已经被持久化为SST之后(也有可能会延迟删除，因为有时候需要master发送transcation Log到slave来回放). 先来看DBImpl::FIndObsoleteFiles函数,这个函数很长，我们只关注对应的WAL部分，这里逻辑很简单，就是遍历所有的WAL，然后找出log_number小于当前min_log_number的文件然后加入到对应的结构(log_delete_files).
if (!alive_log_files_.empty() && !logs_.empty()) {
uint64_t min_log_number = job_context->log_number;
size_t num_alive_log_files = alive_log_files_.size();
// find newly obsoleted log files
while (alive_log_files_.begin()->number < min_log_number) {
auto& earliest = *alive_log_files_.begin();
if (immutable_db_options_.recycle_log_file_num >
log_recycle_files.size()) {
ROCKS_LOG_INFO(immutable_db_options_.info_log,
"adding log %" PRIu64 " to recycle list\n",
earliest.number);
log_recycle_files.push_back(earliest.number);
} else {
job_context->log_delete_files.push_back(earliest.number);
}
.....................................................................
}
while (!logs_.empty() && logs_.front().number < min_log_number) {
auto& log = logs_.front();
if (log.getting_synced) {
log_sync_cv_.Wait();
// logs_ could have changed while we were waiting.
continue;
}
logs_to_free_.push_back(log.ReleaseWriter());
{
InstrumentedMutexLock wl(&log_write_mutex_);
logs_.pop_front();
}
}
// Current log cannot be obsolete.
assert(!logs_.empty());
}
这里可以看到有两个核心的数据结构alive_log_files和logs_，他们的区别就是前一个表示有写入的WAL,而后一个则是包括了所有的WAL(比如open一个DB,而没有写入数据，此时也会生成WAL).
最终删除WAL的操作是在DBImpl::DeleteObsoleteFileImpl这个函数,而WAL删除不会单独触发，而是和temp/sst这类文件一起被删除的(PurgeObsoleteFiles).
我们可以使用RocksDB自带的ldb工具来查看对应的WAL内容
pagefault@god ~/tools/rocksdb/data/.rocksdb $ ../../bin/ldb dump_wal --walfile=./000285.log --header
Sequence,Count,ByteSize,Physical Offset,Key(s)
1255,1,110,0,PUT(1) : 0x00000006000000000000013C