MySQL--Double Write

##=======================================##
目前大部分服务器使用4K或512B来格式化磁盘，而Innodb存储引擎使用默认16K的数据页，在写入16KB数据页时，可能存在页面部分数据写入到磁盘便发生宕机的情况，该问题被称为部分写失效(Partial page write)。虽然Innodb存储引擎提供redo log来保证事务ACID特性和数据库宕机恢复，但redo log中存放的是页面的物理操作，而非页面的数据，因此无法利用redo log来解决部分写失效的问题。

##=======================================##
为避免部分写失效问题，MySQL引入double write特性，即在刷新脏页过程中，先使用memcopy把脏页数据复制到内存的double write buffer,然后先将1MB数据写到共享表空间，最后调用fsync来将数据写到磁盘，分两次写操作来将脏页刷新到磁盘。
1、如果在脏页写入到共享表空间时发生宕机，那么数据库在磁盘上的数据页面未受破坏，可以通过redo log来恢复到宕机前的状态。
2、如果在脏页写入到数据库在磁盘对应的页面时发生宕机，那么由于共享表空间中有最新数据，可以通过该数据来恢复，然后再根据redo log来恢复。

##=======================================##
MySQL在共享表空间(system tablespace)中存在2M的空间，分为2个单元功128个数据页，主要分为两类操作：
1、批量刷新脏页：该类操作由后台线程发起，不会影响前台操作，属于异步写操作，使用128个数据页中的120个。
2、Single Page Flash：该类操作由用户线程发起，在只有在Buffer pool中的free page不够时触发，需要尽快刷新脏页以替换出空闲页面，属于同步写操作，使用128个数据页中的8个。

在MySQL的提供两个状态值来展示脏页刷新情况：
1、Innodb_dblwr_pages_written ：刷新到磁盘的脏页总数
2、Innodb_dblwr_writes：刷新脏页的次数

在Buffer pool够用时，MySQL主要通过批量刷新方式来完成写脏页操作，而批量刷新每次刷新64个脏页(1MB)到磁盘，因此Innodb_dblwr_pages_written：Innodb_dblwr_writes的比值远远低于61:1时，表明系统压力较低。

##=======================================##
Double Write影响
由于Double Write写共享表空间时是顺序写操作，且将脏页从double write buffer中写到正在的物理磁盘时，系统自动合并相邻的脏页，实现一次刷新多个脏页,因此Double Write对影响影响较小，Percona测试发现约影响5%的性能。

对于SDD硬盘，Double Write会增加磁盘磨损。

##=======================================##
Mariadb/MySQL的改进
引入Double Write特性是为解决部分写失效问题，最根本原因是16KB的数据页无法原子写入到磁盘，但如果使用FusionIO/DirectFS文件系统时，可以获得原子写特性。
在Mariadb中使用innodb_use_atomic_writes来控制原子写行为，当该开始开启时，如果启动时检查到支持atomic write时，会自动关闭掉double write特性。
在MySQL 5.7版本中同样支持FusionIO的Atomic Write特性，对于支持原子写的文件系统，会自动关闭double write特性。

##=======================================##
Facebook改进
由于服务器宕机并导致部分写失效问题的概率较低，于是Facebook提供选项来关闭DoubleWrite特性，仅在刷新Page的过程前记录要刷新Page号，服务器宕机恢复时，根据这些Page号读取出相关页面根据checksum检查是否存在页面损坏，如果损坏则通过从库或备份来恢复数据。

##=======================================##
Percona 5.7版本改进
在Percona 5.7版本中，将Double Write Buffer扩展到每个Buffer Pool中，按照每个Buffer Pool的lru链表来进行脏页刷新，提升刷新效率。

##=======================================##
摘抄自：
https://m.aliyun.com/yunqi/articles/80423
https://yq.aliyun.com/articles/50627
http://stor.51cto.com/art/201804/570942.htm

##=======================================##