数据库内核月报 - 2018 / 07

MySQL · 源码分析 · binlog crash recovery

前言

本文主要介绍binlog crash recovery 的过程

假设用户使用 InnoDB 引擎,sync_binlog=1

使用 MySQL 5.7.20 版本进行分析

crash recovery 过程中,binlog 需要保证:

  1. 所有已提交事务的binlog已存在
  2. 所有未提交事务的binlog不存在

两阶段提交

MySQL 使用两阶段提交解决 binlog 和 InnoDB redo log 的一致性的问题

也就是将普通事务当做内部XA事务处理,为每个事务分配一个XID,binlog作为事务的协调者

  • 阶段1:InnoDB redo log 写盘,InnoDB 事务进入 prepare 状态
  • 阶段2:binlog 写盘,InooDB 事务进入 commit 状态

每个事务binlog的末尾,会记录一个 XID event,标志着事务是否提交成功,也就是说,recovery 过程中,binlog 最后一个 XID event 之后的内容都应该被 purge。

InnoDB 日志可能也需要回滚或者提交,这里就不再展开。

binlog 文件的 crash recovery

mysqld_main

  init_server_components
    
    MYSQL_BIN_LOG::open

      MYSQL_BIN_LOG::open_binlog

binlog recover 的主要过程在 MYSQL_BIN_LOG::open_binlog 中

int MYSQL_BIN_LOG::open_binlog(const char *opt_name)
{
  
  /* 确保 index 文件初始化成功 */
  if (!my_b_inited(&index_file))                                                                                                                                                                            
  {
    /* There was a failure to open the index file, can't open the binlog */
    cleanup();
    return 1;
  }
  
  /* 找到 index 中第一个 binlog */
  if ((error= find_log_pos(&log_info, NullS, true/*need_lock_index=true*/)))
  
  {
    /* 找到 index 中最后一个 binlog */
    do
    {
      strmake(log_name, log_info.log_file_name, sizeof(log_name)-1);                                                                                                                                        
    } while (!(error= find_next_log(&log_info, true/*need_lock_index=true*/)));
    
    
    /*
      打开最后一个binlog,会校验文件头的 magic number "\xfe\x62\x69\x6e"
      如果 magic number 校验失败,会直接报错退出,无法完成recovery
      如果确定最后一个binlog没有内容,可以删除binlog 文件再重试
    */
    if ((file= open_binlog_file(&log, log_name, &errmsg)) < 0)
    
    /*
      如果 binlog 没有正常关闭,mysql server 可能crash过,
      我们需要调用 MYSQL_BIN_LOG::recover:
        
        a) 找到最后一个 XID
        b) 完成最后一个事务的两阶段提交(InnoDB commit)
        c) 找到最后一个合法位点
      
      因此,我们需要遍历 binlog 文件,找到最后一个合法event集合,并 purge 无效binlog
    */
    if ((ev= Log_event::read_log_event(&log, 0, &fdle,
                                       opt_master_verify_checksum)) &&
        ev->get_type_code() == binary_log::FORMAT_DESCRIPTION_EVENT &&
        (ev->common_header->flags & LOG_EVENT_BINLOG_IN_USE_F ||
         DBUG_EVALUATE_IF("eval_force_bin_log_recovery", true, false)))
    {
      sql_print_information("Recovering after a crash using %s", opt_name);   
      
      /* 初始化合法位点 */                                                                                                                              
      valid_pos= my_b_tell(&log);
      
      /* 执行recover 过程 ,并计算出合法位点 */
      error= recover(&log, (Format_description_log_event *)ev, &valid_pos);
    }
    else
      error=0;
    
    if (valid_pos > 0){
      if (valid_pos < binlog_size)
      { 
        /* 将 valid_pos 后面的binlog purge掉 */
        if (my_chsize(file, valid_pos, 0, MYF(MY_WME)))
      }
    }
  }   
}

recover 函数的逻辑很简单:遍历最后一个binlog的所有 event,每次事务结尾,或者非事务event结尾更新 valid_pos(gtid event不更新)。并在一个 hash 中记录所有xid,用于引擎层 recover

int MYSQL_BIN_LOG::recover(IO_CACHE *log, Format_description_log_event *fdle,
                            my_off_t *valid_pos)
{

  /* 初始化 XID hash,用于记录 binlog 中的 xid */
  if (! fdle->is_valid() ||                                                                                                                                                                                 
      my_hash_init(&xids, &my_charset_bin, TC_LOG_PAGE_SIZE/3, 0,
                   sizeof(my_xid), 0, 0, MYF(0),
                   key_memory_binlog_recover_exec))
    goto err1;
  
  /* 依次读取 binlog event */
  while ((ev= Log_event::read_log_event(log, 0, fdle, TRUE))
         && ev->is_valid())
  {
    if (ev->get_type_code() == binary_log::QUERY_EVENT &&
        !strcmp(((Query_log_event*)ev)->query, "BEGIN"))
      /* begin 代表事务开始 */
      in_transaction= TRUE;

    if (ev->get_type_code() == binary_log::QUERY_EVENT &&
        !strcmp(((Query_log_event*)ev)->query, "COMMIT"))
    {
      DBUG_ASSERT(in_transaction == TRUE);
      /* commit 代表事务结束 */
      in_transaction= FALSE;
    }
    else if (ev->get_type_code() == binary_log::XID_EVENT)
    {
      DBUG_ASSERT(in_transaction == TRUE);
      /* xid event 代表事务结束 */
      in_transaction= FALSE;
      Xid_log_event *xev=(Xid_log_event *)ev;
      uchar *x= (uchar *) memdup_root(&mem_root, (uchar*) &xev->xid,
                                      sizeof(xev->xid));
      /* 记录 xid */
      if (!x || my_hash_insert(&xids, x))
        goto err2;
    }

    /*
      如果不在事务中,且不是gtid event,则更新 valid_pos
      显然,如果在事务中,最后一段 event 不是一个完整事务,pos并不合法
    */
    if (!log->error && !in_transaction &&
        !is_gtid_event(ev))
      *valid_pos= my_b_tell(log);
  }

  /*
    存储引擎recover
    所有已经记录 XID 的事务必须在存储引擎中提交
    未记录 XID 的事务必须回滚
  */
  if (total_ha_2pc > 1 && ha_recover(&xids))
    goto err2;

binlog index 的 crash recovery

为了保证 binlog index 的 crash safe,MySQL 引入了一个临时文件 crash_safe_index_file

新的 binlog_file_name 写入 binlog_index_file 流程如下:

  • 创建临时文件 crash_safe_index_file
  • 拷贝 binlog_index_file 中的内容到 crash_safe_index_file
  • 新的 binlog_file_name 写入 crash_safe_index_file
  • 删除 binlog_index_file
  • 重命名 crash_safe_index_file 到 binlog_index_file

这个流程保证了在任何时候crash,binlog_index_file 和 crash_safe_index_file 至少有一个可用

这样再recover 时只要判断这两个文件是否可用,如果 binlog_index_file 可用则无需特殊处理,如果binlog_index_file 不可用则重命名 crash_safe_index_file 到 binlog_index_file

binlog index 的 recover 过程主要在 bool MYSQL_BIN_LOG::open_index_file 中

显然,open_indix_file 在 open_binlog 之前

mysqld_main

  init_server_components

    MYSQL_BIN_LOG::open_index_file


bool MYSQL_BIN_LOG::open_index_file(const char *index_file_name_arg,
                                    const char *log_name, bool need_lock_index)
{
  /* 拼接 index_file_name */
  fn_format(index_file_name, index_file_name_arg, mysql_data_home,
            ".index", opt); 

  /* 拼接 crash_safe_index_file_name */
  if (set_crash_safe_index_file_name(index_file_name_arg))

  /*
    recover 主要体现在这里
    检查 index_file_name 和 crash_safe_index_file_name 是否存在
    如果 index_file_name 不存在 crash_safe_index_file_name 存在,
    那么将 crash_safe_index_file_name 重命名为 index_file_name
  */
  if (my_access(index_file_name, F_OK) &&
      !my_access(crash_safe_index_file_name, F_OK) &&
      my_rename(crash_safe_index_file_name, index_file_name, MYF(MY_WME)))
  {
    sql_print_error("MYSQL_BIN_LOG::open_index_file failed to "
                    "move crash_safe_index_file to index file.");
    error= true;
    goto end;
  }

}

新的 binlog_file_name 写入 binlog_index_file 的过程在 MYSQL_BIN_LOG::add_log_to_index

int MYSQL_BIN_LOG::add_log_to_index(uchar* log_name,
                                    size_t log_name_len, bool need_lock_index)
{
  /* 创建 crash_safe_index_file */
  if (open_crash_safe_index_file())

  /* 拷贝 index_file 内容到 crash_safe_index_file */
  if (copy_file(&index_file, &crash_safe_index_file, 0))
  
  /* 写入 binlog_file_name */
  if (my_b_write(&crash_safe_index_file, log_name, log_name_len) ||
      my_b_write(&crash_safe_index_file, (uchar*) "\n", 1) ||
      flush_io_cache(&crash_safe_index_file) ||
      mysql_file_sync(crash_safe_index_file.file, MYF(MY_WME)))

  /*
    函数内部先 delete binlog_index_file 再 rename crash_safe_index_file
    如果 delete 到 rename 之间发生 crash, crash_safe_index_file 会在 recover过程中 rename 成 binlog_index_file
  */
  if (move_crash_safe_index_file_to_index_file(need_lock_index))
  
}

总结

MySQL 解决了binlog crash safe 的问题,但是 relay log 依然不保证 crash safe。

relay log 结构和 binlog 一致,可以借鉴 binlog crash safe 的方式,计算出 valid_pos,将 valid_pos之后的 event 全部purge。