來源：https://blog.csdn.net/demonson/article/details/104369733

innodb事務日志包括redo log和undo log。redo log是重做日志，提供前滾操作，undo log是回滾日志，提供回滾操作。

undo log不是redo log的逆向過程，其實它們都算是用來恢復的日志：

1.redo log通常是物理日志，記錄的是數(shù)據(jù)頁的物理修改，而不是某一行或某幾行修改成怎樣怎樣，它用來恢復提交后的物理數(shù)據(jù)頁(恢復數(shù)據(jù)頁，且只能恢復到最后一次提交的位置)。

2.undo用來回滾行記錄到某個版本。undo log一般是邏輯日志，根據(jù)每行記錄進行記錄。

1.redo log

1.1 redo log和二進制日志的區(qū)別

1. 二進制日志是在 存儲引擎的上層產生的，不管是什么存儲引擎，對數(shù)據(jù)庫進行了修改都會產生二進制日志。而redo log是innodb層產生的，只記錄該存儲引擎中表的修改。 并且二進制日志先于redo log被記錄。具體的見后文group commit小結。
2. 二進制日志記錄操作的方法是邏輯性的語句。即便它是基于行格式的記錄方式，其本質也還是邏輯的SQL設置，如該行記錄的每列的值是多少。而redo log是在物理格式上的日志，它記錄的是數(shù)據(jù)庫中每個頁的修改。
3. 二進制日志只在每次事務提交的時候一次性寫入緩存中的日志"文件"(對于非事務表的操作，則是每次執(zhí)行語句成功后就直接寫入)。而redo log在數(shù)據(jù)準備修改前寫入緩存中的redo log中，然后才對緩存中的數(shù)據(jù)執(zhí)行修改操作；而且保證在發(fā)出事務提交指令時，先向緩存中的redo log寫入日志，寫入完成后才執(zhí)行提交動作。
4. 因為二進制日志只在提交的時候一次性寫入，所以二進制日志中的記錄方式和提交順序有關，且一次提交對應一次記錄。而redo log中是記錄的物理頁的修改，redo log文件中同一個事務可能多次記錄，最后一個提交的事務記錄會覆蓋所有未提交的事務記錄。例如事務T1，可能在redo log中記錄了 T1-1,T1-2,T1-3，T1*?共4個操作，其中 T1*?表示最后提交時的日志記錄，所以對應的數(shù)據(jù)頁最終狀態(tài)是 T1*?對應的操作結果。而且redo log是并發(fā)寫入的，不同事務之間的不同版本的記錄會穿插寫入到redo log文件中，例如可能redo log的記錄方式如下：T1-1,T1-2,T2-1,T2-2,T2*,T1-3,T1*?。
5. 事務日志記錄的是物理頁的情況，它具有冪等性，因此記錄日志的方式極其簡練。冪等性的意思是多次操作前后狀態(tài)是一樣的，例如新插入一行后又刪除該行，前后狀態(tài)沒有變化。而二進制日志記錄的是所有影響數(shù)據(jù)的操作，記錄的內容較多。例如插入一行記錄一次，刪除該行又記錄一次。
   
   

1.2 redo log的基本概念

在此處需要注意一點，一般所說的log file并不是磁盤上的物理日志文件，而是操作系統(tǒng)緩存中的log file，官方手冊上的意思也是如此(例如：With a value of 2, the contents of the InnoDB log buffer are written to the log file?after each transaction commit and? the log file is flushed to disk approximately once per second)。

但說實話，這不太好理解，既然都稱為file了，應該已經屬于物理文件了。所以在本文后續(xù)內容中都以os buffer或者file system buffer來表示官方手冊中所說的Log file，然后log file則表示磁盤上的物理日志文件，即log file on disk。

另外，之所以要經過一層os buffer，是因為open日志文件的時候，open沒有使用O_DIRECT標志位，該標志位意味著繞過操作系統(tǒng)層的os buffer，IO直寫到底層存儲設備。不使用該標志位意味著將日志進行緩沖，緩沖到了一定容量，或者顯式fsync()才會將緩沖中的刷到存儲設備。使用該標志位意味著每次都要發(fā)起系統(tǒng)調用。比如寫abcde，不使用o_direct將只發(fā)起一次系統(tǒng)調用，使用o_object將發(fā)起5次系統(tǒng)調用。

• 當設置為1的時候，事務每次提交都會將log buffer中的日志寫入os buffer并調用fsync()刷到log file on disk中。這種方式即使系統(tǒng)崩潰也不會丟失任何數(shù)據(jù)，但是因為每次提交都寫入磁盤，IO的性能較差。
• 當設置為0的時候，事務提交時不會將log buffer中日志寫入到os buffer，而是每秒寫入os buffer并調用fsync()寫入到log file on disk中。也就是說設置為0時是(大約)每秒刷新寫入到磁盤中的，當系統(tǒng)崩潰，會丟失1秒鐘的數(shù)據(jù)。
• 當設置為2的時候，每次提交都僅寫入到os buffer，然后是每秒調用fsync()將os buffer中的日志寫入到log file on disk。

• 如果啟用了二進制日志，則設置sync_binlog=1，即每提交一次事務同步寫到磁盤中。
• 總是設置innodb_flush_log_at_trx_commit=1，即每提交一次事務都寫到磁盤中。

   

    #創(chuàng)建測試表
    

   

    

     drop table if exists test_flush_log;
     create table test_flush_log(id int,name char(50))engine=innodb;
    

   

    
#創(chuàng)建插入指定行數(shù)的記錄到測試表中的存儲過程
    

   

drop procedure if exists proc;delimiter $$create procedure proc(i int)begin declare s int default 1; declare c char(50) default repeat('a',50); while s<=i do start transaction; insert into test_flush_log values(null,c); commit; set s=s+1; end while;end$$delimiter ;

當前環(huán)境下， innodb_flush_log_at_trx_commit 的值為1，即每次提交都刷日志到磁盤。測試此時插入10W條記錄的時間。

mysql> call proc(100000);Query OK, 0 rows affected (15.48 sec)

    

     mysql> set @@global.innodb_flush_log_at_trx_commit=2; 
     mysql>?truncate?test_flush_log;
     mysql> call proc(100000);
     Query OK, 0 rows affected (3.41 sec)
    

    

     mysql> set @@global.innodb_flush_log_at_trx_commit=0;
     mysql> truncate test_flush_log;
     

     mysql> call proc(100000);
     Query OK, 0 rows affected (2.10 sec)
    

    

     drop procedure if exists proc;
     delimiter $$
     create procedure proc(i int)
     begin
      declare s int default 1;
      declare c char(50) default repeat('a',50);
      start transaction;
      while s<=i DO
      insert into test_flush_log values(null,c);
      set s=s+1;
      end while;
      commit;
     end$$
     delimiter ;
    

    

     mysql> set @@global.innodb_flush_log_at_trx_commit=1;
     mysql>?truncate?test_flush_log;
    

    

     mysql> call proc(1000000);
     Query OK, 0 rows affected (11.26 sec)
    

1.3 日志塊(log block)

• log_block_hdr_no：(4字節(jié))該日志塊在redo log buffer中的位置ID。
• log_block_hdr_data_len：(2字節(jié))該log block中已記錄的log大小。寫滿該log block時為0x200，表示512字節(jié)。
• log_block_first_rec_group：(2字節(jié))該log block中第一個log的開始偏移位置。
• lock_block_checkpoint_no：(4字節(jié))寫入檢查點信息的位置。

1.4 log group和redo log file

   

    mysql> show global variables like "innodb_log%";
    
+-----------------------------+----------+
    
| Variable_name               | Value    |
    
+-----------------------------+----------+
    
| innodb_log_buffer_size      | 8388608  |
    
| innodb_log_compressed_pages | ON       |
    
| innodb_log_file_size        | 50331648 |
    
| innodb_log_files_in_group   | 2        |
    
| innodb_log_group_home_dir   | ./       |
    
+-----------------------------+----------+
    

    
[root@xuexi data]# ll /mydata/data/ib*
    
-rw-rw---- 1 mysql mysql 79691776 Mar 30 23:12 /mydata/data/ibdata1
    
-rw-rw---- 1 mysql mysql 50331648 Mar 30 23:12 /mydata/data/ib_logfile0
    
-rw-rw---- 1 mysql mysql 50331648 Mar 30 23:12 /mydata/data/ib_logfile1
   

1.5 redo log的格式

• redo_log_type：占用1個字節(jié)，表示redo log的日志類型。
• space：表示表空間的ID，采用壓縮的方式后，占用的空間可能小于4字節(jié)。
• page_no：表示頁的偏移量，同樣是壓縮過的。
• redo_log_body表示每個重做日志的數(shù)據(jù)部分，恢復時會調用相應的函數(shù)進行解析。例如insert語句和delete語句寫入redo log的內容是不一樣的。

1.6 日志刷盤的規(guī)則

1.7 數(shù)據(jù)頁刷盤的規(guī)則及checkpoint

• sharp checkpoint：在重用redo log文件(例如切換日志文件)的時候，將所有已記錄到redo log中對應的臟數(shù)據(jù)刷到磁盤。
• fuzzy checkpoint：一次只刷一小部分的日志到磁盤，而非將所有臟日志刷盤。有以下幾種情況會觸發(fā)該檢查點：
• master thread checkpoint：由master線程控制， 每秒或每10秒刷入一定比例的臟頁到磁盤。
• flush_lru_list checkpoint：從MySQL5.6開始可通過 innodb_page_cleaners 變量指定專門負責臟頁刷盤的page cleaner線程的個數(shù)，該線程的目的是為了保證lru列表有可用的空閑頁。
• async/sync flush checkpoint：同步刷盤還是異步刷盤。例如還有非常多的臟頁沒刷到磁盤(非常多是多少，有比例控制)，這時候會選擇同步刷到磁盤，但這很少出現(xiàn)；如果臟頁不是很多，可以選擇異步刷到磁盤，如果臟頁很少，可以暫時不刷臟頁到磁盤
• dirty page too much checkpoint：臟頁太多時強制觸發(fā)檢查點，目的是為了保證緩存有足夠的空閑空間。too much的比例由變量 innodb_max_dirty_pages_pct 控制，MySQL 5.6默認的值為75，即當臟頁占緩沖池的百分之75后，就強制刷一部分臟頁到磁盤。

MySQL停止時是否將臟數(shù)據(jù)和臟日志刷入磁盤，由變量innodb_fast_shutdown={ 0|1|2 }控制，默認值為1，即停止時只做一部分purge，忽略大多數(shù)flush操作(但至少會刷日志)，在下次啟動的時候再flush剩余的內容，實現(xiàn)fast shutdown。

1.8 LSN超詳細分析

    

     mysql> show engine innodb stauts
     ---
     LOG
     ---
     Log sequence number 2225502463
     Log flushed up to 2225502463
     Pages flushed up to 2225502463
     Last checkpoint at 2225502463
     0 pending log writes, 0 pending chkp writes
     3201299 log i/o's done, 0.00 log i/o's/second
    

• log sequence number就是當前的redo log(in buffer)中的lsn；
• log flushed up to是刷到redo log file on disk中的lsn；
• pages flushed up to是已經刷到磁盤數(shù)據(jù)頁上的LSN；
• last checkpoint at是上一次檢查點所在位置的LSN。

   

    log sequence number(110) > log flushed up to(100) = pages flushed up to = last checkpoint at
   

    

     log sequence number(150) = log flushed up to > pages flushed up to(100) = last checkpoint at
    

    

     log sequence number > log flushed up to 和 pages flushed up to > last checkpoint at
    

    

     log sequence number = log flushed up to > pages flushed up to = last checkpoint at
    

1.9 innodb的恢復行為

1.10 和redo log有關的幾個變量

• innodb_flush_log_at_trx_commit={0|1|2} # 指定何時將事務日志刷到磁盤，默認為1。
• 0表示每秒將"log buffer"同步到"os buffer"且從"os buffer"刷到磁盤日志文件中。
• 1表示每事務提交都將"log buffer"同步到"os buffer"且從"os buffer"刷到磁盤日志文件中。
• 2表示每事務提交都將"log buffer"同步到"os buffer"但每秒才從"os buffer"刷到磁盤日志文件中。
• innodb_log_buffer_size：# log buffer的大小，默認8M
• innodb_log_file_size：#事務日志的大小，默認5M
• innodb_log_files_group =2：# 事務日志組中的事務日志文件個數(shù)，默認2個
• innodb_log_group_home_dir =./：# 事務日志組路徑，當前目錄表示數(shù)據(jù)目錄
• innodb_mirrored_log_groups =1：# 指定事務日志組的鏡像組個數(shù)，但鏡像功能好像是強制關閉的，所以只有一個log group。在MySQL5.7中該變量已經移除。

2.undo log

2.1 基本概念

2.2 undo log的存儲方式

    

     [root@xuexi data]# ll /mydata/data/ib*
     -rw-rw---- 1 mysql mysql 79691776 Mar 31 01:42 /mydata/data/ibdata1
     -rw-rw---- 1 mysql mysql 50331648 Mar 31 01:42 /mydata/data/ib_logfile0
     -rw-rw---- 1 mysql mysql 50331648 Mar 31 01:42 /mydata/data/ib_logfile1
    

    

     2017-03-31 13:16:00 7f665bfab720 InnoDB: Expected to open 3 undo tablespaces but was able
     2017-03-31 13:16:00 7f665bfab720 InnoDB: to find only 0 undo tablespaces.
     2017-03-31 13:16:00 7f665bfab720 InnoDB: Set the innodb_undo_tablespaces parameter to the
     2017-03-31 13:16:00 7f665bfab720 InnoDB: correct value and retry. Suggested value is 0
    

2.3 和undo log相關的變量

    

      mysql> show variables like "%undo%";
     +-------------------------+-------+
     | Variable_name | Value |
     +-------------------------+-------+
     | innodb_undo_directory | . |
     | innodb_undo_logs | 128 |
     | innodb_undo_tablespaces | 0 |
     +-------------------------+-------+
    

2.4 delete/update操作的內部機制

• delete操作實際上不會直接刪除，而是將delete對象打上delete flag，標記為刪除，最終的刪除操作是purge線程完成的。
• update分為兩種情況：update的列是否是主鍵列。
• 如果不是主鍵列，在undo log中直接反向記錄是如何update的。即update是直接進行的。
• 如果是主鍵列，update分兩部執(zhí)行：先刪除該行，再插入一行目標行。

3.binlog和事務日志的先后順序及group commit

如果事務不是只讀事務，即涉及到了數(shù)據(jù)的修改，默認情況下會在commit的時候調用fsync()將日志刷到磁盤，保證事務的持久性。

但是一次刷一個事務的日志性能較低，特別是事務集中在某一時刻時事務量非常大的時候。innodb提供了group commit功能，可以將多個事務的事務日志通過一次fsync()刷到磁盤中。

因為事務在提交的時候不僅會記錄事務日志，還會記錄二進制日志，但是它們誰先記錄呢？二進制日志是MySQL的上層日志，先于存儲引擎的事務日志被寫入。

在MySQL5.6以前，當事務提交(即發(fā)出commit指令)后，MySQL接收到該信號進入commit prepare階段；進入prepare階段后，立即寫內存中的二進制日志，寫完內存中的二進制日志后就相當于確定了commit操作；然后開始寫內存中的事務日志；最后將二進制日志和事務日志刷盤，它們如何刷盤，分別由變量 sync_binlog 和 innodb_flush_log_at_trx_commit 控制。

但因為要保證二進制日志和事務日志的一致性，在提交后的prepare階段會啟用一個prepare_commit_mutex鎖來保證它們的順序性和一致性。但這樣會導致開啟二進制日志后group commmit失效，特別是在主從復制結構中，幾乎都會開啟二進制日志。

在MySQL5.6中進行了改進。提交事務時，在存儲引擎層的上一層結構中會將事務按序放入一個隊列，隊列中的第一個事務稱為leader，其他事務稱為follower，leader控制著follower的行為。雖然順序還是一樣先刷二進制，再刷事務日志，但是機制完全改變了：刪除了原來的prepare_commit_mutex行為，也能保證即使開啟了二進制日志，group commit也是有效的。

MySQL5.6中分為3個步驟：flush階段、sync階段、commit階段。

• flush階段：向內存中寫入每個事務的二進制日志。
• sync階段：將內存中的二進制日志刷盤。若隊列中有多個事務，那么僅一次fsync操作就完成了二進制日志的刷盤操作。這在MySQL5.6中稱為BLGC(binary log group commit)。
• commit階段：leader根據(jù)順序調用存儲引擎層事務的提交，由于innodb本就支持group commit，所以解決了因為鎖 prepare_commit_mutex 而導致的group commit失效問題。

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