敲黑板：InnoDB的Double Write，你必须知道

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前序

InnoDB引擎有几个重点特性，为其带来了更好的性能和可靠性：

插入缓冲（Insert Buffer）
两次写（Double Write）
自适应哈希索引（Adaptive Hash Index）
异步IO（Async IO）
刷新邻接页（Flush Neighbor Page）

今天我们的主题就是 两次写（Double Write）, 先一句话概括下：

上一次我们讲过Insert Buffer 是用来提高存储引擎性能上的提升，Double Write 就是为了在数据库崩溃恢复时保证数据不丢失的一个重要特性，保证了数据的可靠性。

概念点

如图，还是先来说几个基础的概念：

数据库表空间由段（segment）、区(extent)、页(page)组成
默认情况下有一个共享表空间ibdata1,如使用了innodb_file_per_table则每张表独立表空间（指存放数据、索引、插入缓冲bitmap页）
段包括了数据段（B+树的叶子结点）、索引段、回滚段
区，由连续的页组成，任何情况下每个区都为1M，一个区中有64个连续页（16k）
页，数据页（B-tree Node）默认大小为16KB
文件系统一页默认大小为4KB
盘片被分为许多扇形的区域，每个区域叫一个扇区，硬盘中每个扇区的大小固定为512字节
脏页，当数据从磁盘加载到缓冲池的数据页后，数据页内容被修改后，此数据页称为脏页

出现的问题

通过上次讲的重要，知识点：InnoDB的插入缓冲我们知道，脏页会在某些场景下进行刷盘，将缓冲池内的脏页数据落地到磁盘。

因为存储引擎缓冲池内的数据页大小默认为16KB，而文件系统一页大小为4KB，所以在进行刷盘操作时，就有可能发生如下场景：

如图所示，数据库准备刷新脏页时，需要四次IO才能将16KB的数据页刷入磁盘。

但当执行完第二次IO时，数据库发生意外宕机，导致此时才刷了2个文件系统里的页，这种情况被称为写失效（partial page write）。

此时重启后，磁盘上就是不完整的数据页，就算使用redo log也是无法进行恢复的。

注意：

redo log无法恢复数据页损坏的问题，恢复必须是数据页正常并且redo log正常。
这里要知道一点，redo log中记录的是对页的物理操作，如偏移量600，写'xxxx'记录。
如果这个页本身已经发生了损坏，再对其进行重做是没有意义的

该怎么解决这个问题

那应该怎么来解决这个问题呢？其实大家想一下就会有个大概的答案，就是给它搞个备份呗。

如果写脏页的时候发生宕机，在重启后使用下备份先恢复下数据页在写磁盘就可以了，其实这就是Double Write 。

Double Write 出现

千呼万唤始出来，为了防止我们可怜的数据被破坏，InnoDB存储引擎提供了重要的Double Write 特性，避免了数据丢失的惨剧发生。

下面我们来慢慢的来看看Double Write 到底是怎么提高可靠性的

Double Write 解决的问题

在数据库进行脏页刷新时，如果此时宕机，有可能会导致磁盘数据页损坏，丢失我们重要的数据。此时就算重做日志也是无法进行恢复的，因为重做日志记录的是对页的物理修改。

其实就是在重做日志前，用户需要一个页的副本，当写入失效发生时，先通过页的副本来还原该页，再进行重做，这就是double write。

Double Write 架构

如图，其实Double Write 分为了两个组成部分：

内存中的double write buffer
物理磁盘上共享表空间中连续的128个页，即2个区（extent），大小同样为2MB

可以看出，有了Double write后的脏页刷新流程就是多了几步操作：

在对缓冲池的脏页进行刷新时，并不直接写磁盘，而是会通过memcpy函数将脏页先复制到内存中的Double write buffer
通过Double write buffer再分两次，每次1MB顺序地写入共享表空间的物理磁盘上，然后马上调用fsync函数，同步磁盘，避免缓冲写带来的问题

Double write崩溃恢复

如图，如果操作系统在将页写入磁盘的过程中发生了崩溃，在恢复过程中，InnoDB存储引擎可以从共享表空间中的Double write中找到该页的一个副本，将其复制到表空间文件，再应用重做日志。

下面显示了一个由Double write进行恢复的情况：

090923 12:36:32 mysqld restarted

090923 12:26:33 InnoDB: Database was not shut down normally!

InnoDB: Starting crash recovery.

InnoDB: Reading tablespace information from the .ibd files...

InnoDB: Crash recovery may have faild for some .ibd files!

InnoDB: Restoring possible half-written data pages from the doublewrite.

InnoDB: buffer...

Double Write 的问题

Double write buffer 它是在物理文件上的一个buffer, 其实也就是file，所以它会导致系统有更多的fsync操作，而因为硬盘的fsync性能问题，所以也会影响到数据库的整体性能。

Double write页是连续的，因此这个过程是顺序写的，开销并不是很大。

在完成Double write页的写入后，再将Double write buffer中的页写入各个数据文件中，此时的写入则是离散的

总结

当commit 一个修改语句时，如果redo log有空闲区域，直接写redo log，如果redo log没有空闲区域，那么需要把被覆盖的redo log对应的数据页刷新到data file 中，最后改pool buffer中的记录
innodb的redo log 不会记录完整的一页数据，因为这样日志太大，它只会记录那次（sequence）如何操作了（update,insert）哪页(page)的哪行(row)
因为数据库使用的页（page，默认16KB）大小和操作系统对磁盘的操作页（page，默认4KB）不一样，当提交了一个页需要刷新到磁盘，会有多次IO，此时刷了前面的8k时异常发生宕机。在系统恢复正常后，如果没有double write机制，此时数据库磁盘内的数据页已损坏，无法使用redo log进行恢复。
如果有double write buffer，会检查double writer的数据的完整性，如果不完整直接丢弃double write buffer内容，重新执行那条redo log，如果double write buffer的数据是完整的，用double writer buffer的数据更新该数据页，跳过该redo log。