数据库篇：mysql日志类型之 redo、undo、binlog

前言

可以说mysql的多数特性都是围绕日志文件实现，而其中最重要的有以下三种

• redo 日志
• undo 日志
• binlog 日志

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1 redo日志

innodb 为了提高磁盘I/O读写性能，存在一个 buffer pool 的内存空间，数据页读入会缓存到 buffer pool，事务的提交则实时更新到 buffer pool，而不实时同步到磁盘（innodb 是按 16KB 一页同步的，一事务可涉及多个数据页，实时同步会造成浪费，随机I/O）。事务暂存在内存，则存在一致性问题，为了解决系统崩溃，保证事务的持久性，我们只需把事务对应的 redo 日志持久化到磁盘即可（redo 日志占用空间小，顺序写入磁盘，顺序I/O）

Mini-Transaction (MTR)

• sql 语句在执行的时候，可能会修改多个页面，还会更新聚簇索引和二级索引的页面，过程产生的redo会被分割成多个不可分割的组（Mini-Transaction）。MTR怎么理解呢？如一条 insert 语句可能会使得页分裂，新建叶子节点，原先页的数据需要复制到新数据页里，然后将新记录插入，再添加一个目录项指向新建的页子。这对应多条 redo 日志，它们需要在原子性的 MTR 内完成

redo 日志刷盘时机

MTR 产生的 redo 日志先会被复制到一个 log buffer 里(类似 buffer pool)。而同步到磁盘的时机如下：

• 当 log buffer 的总容量达到 50% ，则刷新日志到磁盘
• 事务提交时，也需要将同步到磁盘
• 后台线程，每一秒同步一次
• 关闭 mysql 服务
• 做 checkpoit 的时候
  • redo 的空间是有限的。若 redo 日志对应的数据页如果被同步到磁盘，则 redo 日志也可被回收利用了。这回收的过程称之为 checkpoint

2 undo 日志

事务需要保证原子性，也是说事务中的操作要么全部完成，要么什么也不做。如果事务执行到一半，出错了怎么办-回滚。但是怎么回滚呢，靠 undo 日志。undo 日志就是我们执行sql的逆操作

• undo 日志有两个作用：提供回滚和多个行版本控制(MVCC)
• 数据页里一行数据的格式如下，其中 roll_point 会指向一个undo 日志
  
  
• undo 日志一般会在事务提交时被删除，但是如果 undo 日志为 MVCC 服务 则暂时保留
• 一个事务会产生多个 undo 日志，mysql有专门的 undo 页 保存 undo 日志。innodb 会为每一个事务单独分配 undo 页链表（最多分配 4 个链表）

事务ID 和 trx_id

• mysql 会在内存中维护一个全局变量，每当为某个事务分配 trx_id，则先分配再自增 1
• 对于只读事务，只有在它第一次创建的临时表执行增删改操作时，才会为事务分配 trx_id
• 对于读写事务，只有它在执行增删改操作时（包括临时表），才会为事务分配 trx_id

roll_pointer

• update、delete 语句对应的 undo 日志都会带 trx_id、roll_point 两个属性字段。多条 sql 并发执行时 undo 日志会根据 trx_id 顺序用 roll_point 连成 undo 日志版本链。MVCC 的原理则是靠 undo 日志版本链实现的
  
  

3 binlog日志

• binlog 文件会随服务的启动创建一个新文件
• flush logs 可以手动刷新日志，生成一个新的 binlog 文件
• show master status 可以查看 binlog 的状态
• reset master 可以清空 binlog 日志文件
• mysqlbinlog 工具可以查看 binlog 日志的内容
• 执行dml，mysql会自动记录 binlog

binlog 格式

binlog有三种格式：Statement、Row以及Mixed。

• Statement
  • 每一条增删改数据的 sql 都会记录在 binlog 中
  • 优点：不需要记录每一行的变化，减少了binlog 日志量，节约了IO，提高性能
  • 缺点：由于记录的只是执行语句，为了这些语句能在 slave 上正确运行，因此还必须记录每条语句在执行的时候的一些相关信息。另外 mysql 的复制，像一些特定函数功能，slave 可与 master 要保持一致会有很多相关问题
• Row
  • 5.1.5 版本的MySQL才开始支持 row level 的复制，它不记录 sql 语句上下文相关信息，仅保存哪条记录被修改
  • 优点：binlog 中可以不记录执行的sql语句的上下文相关的信息，仅需要记录那一条记录被修改成什么了。所以rowlevel的日志内容会非常清楚的记录下每一行数据修改的细节
  • 缺点：所有的执行的语句当记录到日志中的时候，都将以每行记录的修改来记录，这样可能会产生大量的日志内容
• Mixed
  • 在Mixed模式下，一般的语句修改使用statment格式保存binlog，如一些函数，statement 格式无法完成主从复制的操作，则采用 row 格式保存binlog

binlog 相关操作

• 查看binlog日志文件内容

[root@root log]# mysqlbinlog 'log.000001'
/*!50530 SET @@SESSION.PSEUDO_SLAVE_MODE=1*/;
/*!40019 SET @@session.max_insert_delayed_threads=0*/;
/*!50003 SET @OLD_COMPLETION_TYPE=@@COMPLETION_TYPE,COMPLETION_TYPE=0*/;
DELIMITER /*!*/;
# at 4
#181214 14:44:48 server id 1  end_log_pos 120 CRC32 0x79b6cd10 	Start: binlog v 4, server v 5.6.40-log created 181214 14:44:48 at startup
ROLLBACK/*!*/;
BINLOG '
YDIUXA8BAAAAdAAAAHgAAAAAAAQANS42LjQwLWxvZwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA
AAAAAAAAAAAAAAAAAABgMhRcEzgNAAgAEgAEBAQEEgAAXAAEGggAAAAICAgCAAAACgoKGRkAARDN
tnk=
'/*!*/;
# at 120
#181214 14:45:20 server id 1  end_log_pos 199 CRC32 0x10dec193 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
SET TIMESTAMP=1544827520/*!*/;
SET @@session.pseudo_thread_id=1/*!*/;
SET @@session.foreign_key_checks=1, @@session.sql_auto_is_null=0, @@session.unique_checks=1, @@session.autocommit=1/*!*/;
SET @@session.sql_mode=1075838976/*!*/;
SET @@session.auto_increment_increment=1, @@session.auto_increment_offset=1/*!*/;
/*!\C utf8 *//*!*/;
SET @@session.character_set_client=33,@@session.collation_connection=33,@@session.collation_server=8/*!*/;
SET @@session.lc_time_names=0/*!*/;
SET @@session.collation_database=DEFAULT/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
# at 199
#181214 14:45:20 server id 1  end_log_pos 303 CRC32 0x9ec5f952 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
use `test`/*!*/;
SET TIMESTAMP=1544827520/*!*/;
insert into t1 values('8','7')
/*!*/;
# at 303
#181214 14:45:20 server id 1  end_log_pos 334 CRC32 0xfd659542 	Xid = 10
COMMIT/*!*/;
# at 334
#181214 14:45:35 server id 1  end_log_pos 413 CRC32 0x43929486 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
SET TIMESTAMP=1544827535/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
# at 413
#181214 14:45:35 server id 1  end_log_pos 517 CRC32 0x4f1284f2 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
SET TIMESTAMP=1544827535/*!*/;
insert into t1 values('9','7')
/*!*/;
# at 517
#181214 14:45:35 server id 1  end_log_pos 548 CRC32 0x67231f2b 	Xid = 20
COMMIT/*!*/;
# at 548
#181214 14:45:39 server id 1  end_log_pos 627 CRC32 0x82b39b3e 	Query	thread_id=1	exec_time=0	error_code=0
SET TIMESTAMP=1544827539/*!*/;
BEGIN
/*!*/;
# at 627
#181214 15:00:48 server id 1  end_log_pos 1646 CRC32 0x7e89c8dc 	Stop
DELIMITER ;
# End of log file
ROLLBACK /* added by mysqlbinlog */;
/*!50003 SET COMPLETION_TYPE=@OLD_COMPLETION_TYPE*/;
/*!50530 SET @@SESSION.PSEUDO_SLAVE_MODE=0*/;

• 查看binlog具体记录

mysql> show binlog events in 'log.000001';
+------------+------+-------------+-----------+-------------+---------------------------------------------+
| Log_name   | Pos  | Event_type  | Server_id | End_log_pos | Info                                        |
+------------+------+-------------+-----------+-------------+---------------------------------------------+
| log.000001 |    4 | Format_desc |         1 |         120 | Server ver: 5.6.40-log, Binlog ver: 4       |
| log.000001 |  120 | Query       |         1 |         199 | BEGIN                                       |
| log.000001 |  199 | Query       |         1 |         303 | use `test`; insert into t1 values('8','7')  |
| log.000001 |  303 | Xid         |         1 |         334 | COMMIT /* xid=10 */                         |
| log.000001 |  334 | Query       |         1 |         413 | BEGIN                                       |
| log.000001 |  413 | Query       |         1 |         517 | use `test`; insert into t1 values('9','7')  |
| log.000001 |  517 | Xid         |         1 |         548 | COMMIT /* xid=20 */                         |
| log.000001 |  548 | Query       |         1 |         627 | BEGIN                                       |
| log.000001 |  627 | Query       |         1 |         732 | use `test`; insert into t1 values('10','7') |
| log.000001 |  732 | Xid         |         1 |         763 | COMMIT /* xid=30 */                         |
| log.000001 |  763 | Query       |         1 |         842 | BEGIN                                       |
| log.000001 |  842 | Query       |         1 |         947 | use `test`; insert into t1 values('11','7') |
| log.000001 |  947 | Xid         |         1 |         978 | COMMIT /* xid=40 */
+------------+------+-------------+-----------+-------------+---------------------------------------------+
23 rows in set (0.00 sec)

redo log 和 binlog 区别

• redo log 是 InnoDB 引擎特有的；binlog 是 MySQL 的 Server 层实现的，所有引擎都可以使用。redo log 是物理日志，记录的是“在某个数据页上做了什么修改”
• binlog 是逻辑日志，记录的是这个语句的原始逻辑，比如“给 ID=2 这一行的 c 字段加 1 ”
• redo log 是循环写的，空间固定会用完；binlog 是可以追加写入的。“追加写”是指 binlog 文件写到一定大小后会切换到下一个，并不会覆盖以前的日志

redo log 记录事务是两阶段提交的

• 如果 redo 不是两阶段提交；redo 先写，binlog 后写，会导致依赖 binlog 同步的从库数据缺失。binlog 先写，redo log 后写，则会导致从库多出未提交的脏修改。主从库数据会不一致

redo log 、bin log 和崩溃恢复

redolog 中的事务如果经历了二阶段提交中的prepare阶段，则会打上 prepare 标识，如果经历commit阶段，则会打上commit标识（此时redolog和binlog均已落盘）。崩溃恢复逻辑如下：

• 按顺序扫描 redo log，如果 redo log 中的事务既有 prepare 标识，又有 commit 标识，就直接提交（复制redo log disk中的数据页到磁盘数据页）
• 如果 redo log 事务只有 prepare 标识，没有 commit 标识，则说明当前事务在 commit 阶段crash了，binlog 中当前事务是否完整未可知，此时拿着 redolog 中当前事务ID（redolog 和 binlog 中事务落盘的标识），去查看 binlog 中是否存在此ID
  • 如果binlog中有当前事务ID，则提交事务（复制 redolog disk 中的数据页到磁盘数据页）
  • 如果binlog中没有当前事务ID，则回滚事务（使用undolog来删除 redolog 中的对应事务）

欢迎指正文中错误

参考文章

• mysql binlog系列（一）----binlog介绍
• MySQL的binlog日志详解