MySQL锁系列（三）之 redo log

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WHY

• 1）锁和事务是分不开的，事务和redo又是傻傻分不清楚的

• 2）事务最重要的是什么？ACID 又是如何实现的？

* A 原子性
    通过redo实现

* C 一致性
    通过undo实现

* I 隔离性
    通过lock实现

* D 持久性
    通过redo和undo实现

redo log 是什么

• redo 概念

* 学名：重做日志

* 个人理解：任何事务的操作都会记录redo日志，InnoDB引擎独有,用于恢复数据库到宕机的位置

• redo 结构

* redo log  buffer

    1. 日志会先写到redo log buffer ，根据制定条件刷新到redo log file
    2. 由log block组成
    3. 每个log block 512字节，所以不需要double write，因为每次刷新都是原子的

* redo log file

    1. redo log的物理文件，一般有2个,大小可配置
    2. 由innodb_log_file_size配置，越大越好
    3. redo类型是物理逻辑日志，记录的是对页的操作，页内是逻辑的内容，我们姑且认为就是物理日志好了，记录的是对页的操作
        比如：insert 一条记录，那么大致内容就会记录
            对space id=3，page no=4 ，offset aa, 日志内容xx （主键索引）
            对space id=3，page no=8 ，offset bb, 日志内容yy （二级索引）

• redo log buffer刷新触发条件

1. 每秒刷新一次
2. redo log buffer使用大于1/2进行刷新
3. 事务commit(提交)时候进行刷新
    a. innodb_flush_log_at_trx_commit=0 : 事务提交时，不刷新redo log buffer
    b. innodb_flush_log_at_trx_commit=1 : 事务提交时，将redo log buffer刷新到磁盘(由于redo没有O_direct，也必须经过操作系统缓存，然后fsync到磁盘)
    c. innodb_flush_log_at_trx_commit=2 : 事务提交时，将reod log buffer刷新到os的缓存

• redo log 的重要组成部分

1. redo log 是循环写入的，写完一个，写另一个
2. redo log 的第一个文件的头部，会记录两个512字节的记录，分别是：checkpoint1 和 checkpoint2，轮询写入，互为备份
3. 上面说的很重要，checkpoint 是写在redo 日志里面的，checkpoint是什么，后面介绍
4. redo 里面记录的是日志的写入，里面有个很重要的概念叫做 lsn

• lsn 是什么

* LSN = log sequeuce number , 日志的序列号，数据库的逻辑时钟, 特点是单调递增

LSN表示事务写入重做日志的字节总量

* LSN是什么？有什么含义？

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LOG
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Log sequence number 86594404775   -- redo log buffer 的lsn，存放在redo log buffer 中 我们称： redo_mem_lsn
Log flushed up to   86594404775   -- redo log file 的lsn，存放在redo log 中  我们称： redo_log_lsn
Pages flushed up to 86594404775   -- 最后一个被刷新页的newest_modification, 这个用的比较少，暂时忽略, 这个存放在date page里面
Last checkpoint at  86594404766   -- checkpoint的lsn , 存放在redo log第一个文件的头部   ， 我们称： cp_lsn

目前看下来lsn有三个含义

1. redo_mem_lsn
2. redo_log_lsn
3. cp_lsn
4. page_lsn: 每个page里面头部都会记录一个lsn，表示该page最后一次被修改的redo log lsn

以上4个lsn都是互相关联的

* LSN 有什么用？

    主要用于MySQL重启恢复

* 恢复的算法如下？

    假设： redo_log_lsn = 15000 , cp_lsn=10000 , 这时候MySQL crash了，重启后的恢复流程如下：

    a. cp_lsn = 10000 之前的redo 日志，不需要恢复： 因为checkpoint之前的日志已经可以确保刷新完毕

    b. 那么 10000 <=  redo_log_LSN <= 15000 的日志需要结合page_lsn判断，哪些需要重做，哪些不需要重做。
        b.1  redo_log_LSN 日志里面记录的page 操作，如果redo_log_LSN <= page_lsn   , 这些日志不需要重做，因为page已经是最新的
        b.2  redo_log_LSN 日志里面记录的page 操作, 如果redo_log_LSN >= page_lsn   , 这些日志是需要应用到page 里面去的，这一系列操作我们称为恢复.

    c. 举个例子
        如果：redo_log_lsn 11000 , 记录的是：space id=3，page no=4 的页的操作，但是这个页的page_lsn = 11500，那么说明这个页的lsn比redo的lsn新，那么就不需要应用
        如果：redo_log_lsn 11000 , 记录的是：space id=3，page no=4 的页的操作，但是这个页的page_lsn = 10500，那么说明这个页的lsn比redo的lsn老，那么需要应用这部分日志以达到恢复的目的

Write-Ahead Log (WAL)

当一个数据页被刷新时，必须要求内存中小于该数据页lsn对应的所有redo日志，都必须先刷新到磁盘
我们称为：日志先行, 保证redo log 日志必须先于 data page 刷新

Force-log-at-commit

当一个事务进行commit的时候，必须先将该事务的所有日志写入到重做日志文件进行持久化

checkpoint

• 什么是checkpoint

* 没有checkpoint的时候，数据库脏页都存放在内存中，如果这时候数据库挂了，那么redo就需要从头到尾开始恢复，非常慢
* 有checkpoint的时候，会按照一定的算法进行data page脏页的刷新， 减少数据库恢复的时间
    a）checkpoint_lsn 表示： 在checkpoint_lsn 之前的redo日志对应的脏页都已经刷新到磁盘了
    b) 也就意味着，当数据库重启恢复的时候，小于checkpoint_lsn的redo日志不需要再重做，大大的减少了数据库的恢复时间

• checkpoint种类

* sharp checkpoint

当MySQL正常关闭的时候，需要将所有的脏页都刷新

* fuzzy checkpoint

为了考虑数据库的性能，MySQL按照一定算法之刷新部分脏页

fuzzy checkpoint 触发条件

• 定时刷新

每10秒，或者每1秒，从脏页列表中去刷新部分脏页

• LRU列表的刷新

* buffer pool 内存解释：

    * free list ： 表示数据库开启时候，MySQL会分配空闲的页给free list

    * LRU list ： 当页被第一次访问（读或者写）的时候，会加入到LRU list

    * flush list ：当页变成脏页的是，会按照第一次被更新的时间（oldest_modification）排序，加入到flush list，flush list里面存放的都是指向lru_list的指针，并不占用太多内存

* 刷新

    当buffer pool中少于innodb_lru_scan_depth指定的空闲页时候
    会将LRU list中尾端的页（不常用的页）进行拿来用，如果是脏页，则进行checkpoint

• 高水位和低水位的刷新

* checkpoint age = redo_lsn - cp_lsn

    低水位 = 75% * 总redo大小
    高水位 = 90% * 总redo大小

* 低水位  >=  checkpoint age

    不需要刷新

* 低水位  <=  checkpoint age <= 高水位

    会强制进行 checkpoint ， 根据flush_list的顺序，刷新足够多的脏页，让checkpoint age 小于低水位线

* 高水位  >=  checkpoint age

    会强制进行 checkpoint ， 根据flush_list的顺序，刷新脏页, 让其满足 低水位  <=  checkpoint age >= 高水位

• 脏页太多的时候刷新

* innodb_max_dirty_pages_pct

当脏页数量超过这个比例时候，会强制进行checkpoint

redo 的写入时机

• binlog的写入时机

事务结束后，binlog进行写入并刷新

T1 -> T2 -> T3 -> T4  按照事务的顺序执行

• redo的写入时机

当事务开启后，第一条dml语句开始执行时，就开始慢慢的写入并刷新redo

T1_1 -> T2_1 -> T2_2 -> T3_1 -> T1_2 -> *T2 -> *T3 -> *T1

以上列表的分析为：
    这个代表事务的开始执行顺序是： T1，T2，T3
    这个代表事务的结束执行顺序是： T2，T3，T1

• commit执行的时间长短，取决于什么？

根据以上binlog和redo 的写入时机可以判断，commit的长短取决于binlog的日志大小和刷新时间

redo 和 undo

1. 这里先稍微提一下undo，至于undo 是什么，后面介绍
2. undo日志本身也要写入到redo里面去，这一点非常重要

最后

这里简单的介绍了redo的内容，这块内容非常重要，复制，高可用与之非常密切
这里面的checkpoint age可以用来监控，监控这个的目的通过这篇文章我想大家都应该知道了吧

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