Sql Server 收缩日志文件原理及always on 下的实践

一、准备知识

　　1、LSN

　　LSN用来标识特定日志在日志文件中位置(详情请见什么是LSN：日志序列号)，它由两部分组成：一部分用来标识VLF(虚拟日志文件)的序列号，剩下的用来标识该日志在VLF中的具体的位置。

　　根据LSN不同，日志一般分为两类：首日志(最新的活动日志序号)和尾日志(保留时间最长的活动日志序号)。随着数据库的操作不断增加(如数据库中的update操作)，首日志LSN序号不断变化。尾日志的序号只有在日志备份后才会变化。

(图一)日志文件结构图

2、VLF

　　你可以通过DCC LOGINFO去分析数据库LDF中VLF(虚拟日志文件)，LDF、VLF、日志的关系是：LDF包括多个VLF，每个VLF中包括多个日志记录。在VLF中，当事物日志增加时，日志的头部(首日志)不断向前移动，日志将占用越来越多的剩余空间，当这个VLF被占满后，新的日志写入到其他未被使用的VLF中，这个时候LDF并不会增大。当LDF中没有可用的VLF时，数据库会创建一个新的VLF。从而使得LDF文件物理增大，占用更多的磁盘空间。

(图二)日志增长

二、解决方法详细阐述

　　1、日志的截断

　　上图演示了首日志向前移动的场景，结合图一和图二可以看到，当VLF2的空间被日志填满后，数据库扩充LDF文件(申请更多的磁盘空间)，并在扩充后的LDF中新建一个VLF3用来填充新的日志记录。尽管VLF1中存在剩余空间，但因为VLF1中存在活动日志(哪怕只有一条)，所以数据库无法利用这个VLF的剩余空间。

　　这个时候做日志备份就会发生日志截断的现象。一般会将截断理解为"删除"一些日志记录(非活动)，实际上它只是意味着尾日志的向前移动：尾日志序号会被刷新成最小的活动日志序号，而从原来尾日志的位置到新位置之间的空间被标记为"可重新利用"。这个过程并不会减少LDF已占用的磁盘空间。如下图，整个VLF1的和部分VLF2上的日志(非活动)被截断了。

(图三)日志截断示意图

随着事务日志不断增加，VLF3中日志头部所在的位置将不断向前移动，当VLF3的空间被占满后，数据库会重新利用VLF1的空间，这种写入、截断、再写入的方式形成一个写日志的循环。在此期间LDF并不会物理上增大。

(图四)日志循环使用示意图

2、为什么日志不能收缩

　　现在我们再来看一个日志无法收缩的场景：

　　图四中，VLF1中的日志不断增加，直到VLF1的所有空间都被填满(如图五)，此时因为没有发生截断，尾日志都在VLF2上，且VLF2和VLF3都被标记为不可重新利用，数据库只能扩充LDF、新建一个VLF4用来记录新的日志，首日志的位置将出现在VLF4中,整个写日志的(从图一到图四)顺序为VLF2——>VLF3——>VLF1——>VLF4。这个过程会导致数据库的日志文件在物理上增大。

(图五)日志增长示意图

这时我们再来截断事物日志，如上文所说，尾日志的会被更新，最后可能出现尾日志和首日志在同一个VLF上的场景。从日志文件记录的架构上来看，我们可以将这个过程简单地理解为：截断的顺序会按照首日志移动的顺序移动，从VLF2——>VLF3——>VLF1——>VLF4，最终尾日志和首日志出现在同一个VLF上。

(图六)日志截断示意图二

如上图，这个LDF文件包括3个空的和1个只有小部分活动日志的VLF文件，首日志和尾日志在同一个VLF中，这种情况下，试图通过DBCC SHRINKFILE是不会减小LDF文件的大小的。

　　日志文件能被收缩的原因是该文件尾部的数据被清除了，使得该部分空间被释放，而不是逃过尾部去删除文件首部或者中间部分的内容。这点与MDF文件不同，MDF文件中的数据是不能被删除的，只能将文件尾部的数据迁移到其他区域的剩余空间上，然后释放尾部占用的空间。

　　在LDF中 ，日志是不能被迁移的，而且也没有迁移的必要，因为当事物被提交后，日志变为不活动状态，通过事物日志备份即可将其截断(特殊情况下日志备份不一定能截断，如发布订阅的环境)。

　　综上所述，日志文件能被收缩的前提是：日志文件的最后一个VLF必须是free状态，从后向前推，只要是free状态的VLF都会被收缩，据此可以估算一个日志文件可以释放的空间大小。

　　如下我们看一个实际的例子：

　　USE DBname

　　DBCC loginfo

(图七)VLF状态示意图

从上图可以看到，这个数据库的日志文件共有13个VLF，其中有前12个处于free状态，最后1个处于活动状态，因此，我们可以推断首日志和尾日志的位置都在这个VLF上。这个时候执行文件收缩将看不到文件减小的效果。

3、如何解决这个问题

　　那么碰到这种情况，该怎么去收缩日志呢：尽可能多的执行一些能够产生大量日志的操作，这些日志将导致数据库重新利用startoffset靠前的非活动状态的VLF，将首日志的位置定位到这个startoffset，然后做一次事务日志备份，将尾日志也迁移到startoffset靠前的非活动状态的VLF中，如下图，最后再执行DBCC SHRINKFILE即可收缩日志文件。

(图八)日志截断示意图三

三、重要说明

　　前文中一直在说通过日志备份即可解决日志截断的问题，其实这只是最简单的场景。在实际环境中可能有很多因素会影响日志的截断，如：

　　活动的事物日志

　　日志备份只能截断非活动的日志，如果一个事物长时间运行，此时备份事物日志将不会引起截断发生。

　　事物日志分发

　　事物日志分发中，只有当日志读取器代理已经读取完待分发的日志后，日志才能变得非活动状态。

　　数据库镜像和AlwaysOn

　　这两种数据库技术都需要将日志传递到接受端，在传递还没有完成时，日志会一直保留，即使是备份日志也无法截断。

四、Always on 环境下实践

　　先对数据库进行完整备份：

EXEC sp_configure 'show advanced options', 1;

RECONFIGURE;

EXEC sp_configure 'xp_cmdshell', 1;

RECONFIGURE;

DECLARE @DbName NVARCHAR(1000);

DECLARE myCursor CURSOR LOCAL STATIC
FOR
SELECT [name]
FROM sysdatabases
WHERE [name] NOT IN ( 'master', 'model', 'msdb', 'tempdb' )
AND name NOT LIKE '%test%'
AND name NOT LIKE '%bak%'
AND name NOT LIKE '%demo%'
AND version IS NOT NULL
AND version <> 0
ORDER BY [name];
OPEN myCursor;
FETCH NEXT FROM myCursor INTO @DbName;
WHILE ( @@FETCH_STATUS = 0 )
BEGIN
DECLARE @strDate AS NVARCHAR(20),
@strDateBeforeSeven AS NVARCHAR(20),
@strFileName AS NVARCHAR(255),
@strFileNameBeforeSeven AS NVARCHAR(255),
@strCommand AS NVARCHAR(255)

SET @strDate = CONVERT(NVARCHAR(20),GETDATE(),112);
SET @strDateBeforeSeven = CONVERT(NVARCHAR(20),GETDATE()-3,112); 
SET @strFileName = 'E:\daybak\['+@DbName+']_bakup_'+@strDate; 
SET @strFileNameBeforeSeven = 'E:\daybak\['+@DbName+']_bakup_'+@strDateBeforeSeven;

EXEC ('BACKUP DATABASE ['+@DbName+'] TO DISK = ''' + @strFileName + '.bak''')

SET @strCommand = 'DEL ' + @strFileNameBeforeSeven + '.bak'
EXEC master.dbo.xp_cmdshell @strCommand

FETCH NEXT FROM myCursor INTO @DbName;
END;
CLOSE myCursor;
DEALLOCATE myCursor;

　　然后对数据库进行事务日志备份并收缩：

EXEC sp_configure 'show advanced options', 1;

RECONFIGURE;

EXEC sp_configure 'xp_cmdshell', 1;

RECONFIGURE;

DECLARE @DbName NVARCHAR(1000);

DECLARE myCursor CURSOR LOCAL STATIC
FOR
SELECT [name]
FROM sysdatabases
WHERE [name] NOT IN ( 'master', 'model', 'msdb', 'tempdb' )
AND name NOT LIKE '%test%'
AND name NOT LIKE '%bak%'
AND name NOT LIKE '%demo%'
AND version IS NOT NULL
AND version <> 0
ORDER BY [name];
OPEN myCursor;
FETCH NEXT FROM myCursor INTO @DbName;
WHILE ( @@FETCH_STATUS = 0 )
BEGIN
DECLARE @strDate AS NVARCHAR(20),
@strDateBeforeSeven AS NVARCHAR(20),
@strFileName AS NVARCHAR(255),
@strFileNameBeforeSeven AS NVARCHAR(255),
@strCommand AS NVARCHAR(255)

SET @strDate = CONVERT(NVARCHAR(20),GETDATE(),112);
SET @strDateBeforeSeven = CONVERT(NVARCHAR(20),GETDATE()-3,112); 
SET @strFileName = 'E:\Log_daybak\['+@DbName+']_bakup_'+@strDate; 
SET @strFileNameBeforeSeven = 'E:\Log_daybak\['+@DbName+']_bakup_'+@strDateBeforeSeven;

EXEC ('BACKUP LOG ['+@DbName+'] TO DISK = ''' + @strFileName + '.log'';USE ['+@DbName+'];DBCC SHRINKFILE(2,100);')

SET @strCommand = 'DEL ' + @strFileNameBeforeSeven + '.log'
EXEC master.dbo.xp_cmdshell @strCommand

FETCH NEXT FROM myCursor INTO @DbName;
END;
CLOSE myCursor;
DEALLOCATE myCursor;