MySQL的binlog、redo log和undo log怎麼使用

WBOY
發布: 2023-06-03 12:59:24
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MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用

1、binlog

Binlog是用於記錄資料庫中執行的寫入操作的信息,它排除了查詢操作,並且以二進位格式保存在磁碟上。 binlog是mysql的邏輯日誌,並且由Server層進行記錄,使用任何儲存引擎的mysql資料庫都會記錄binlog日誌。

  • 邏輯日誌:可以簡單得理解為sql語句;

  • #物理日誌:MySQL中資料都是保存在資料頁中的,實體日誌記錄的是資料頁上的變更;在這裡插入程式碼片

binlog是透過追加的方式進行寫入的,可以透過max_binlog_size參數設定每個binlog檔案的大小,當檔案大小達到給定值之後,會產生新的檔案來保存日誌。

binlog使用場景
專案 在實際應用中,binlog的主要使用場景有兩個,分別是主從複製和資料復原。

  • 主從複製:在Master端開啟binlog,然後將binlog傳送到各個Slave端,Slave端重播binlog從而達到主從資料一致。

  • 資料恢復:透過使用mysqlbinlog工具來恢復資料。

MySQL主從同步原理
MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用

  • #主節點binlog dump 執行緒
    當從節點連接主節點時,主節點會建立一個log dump 線程,用於傳送binlog的內容。在讀取binlog中的動作時,此執行緒會對主節點上的binlog加鎖,當讀取完成,甚至在發動給從節點之前,鎖會被釋放;

  • 從節點I/O執行緒
    當從節點上執行start slave指令之後,從節點會建立一個I/O執行緒用來連接主節點,請求主庫中更新的binlog。 I/O執行緒接收到主節點binlog dump程序發來的更新之後,保存在本地relaylog中;

  • 從節點SQL執行緒
    SQL執行緒負責讀取relaylog中的內容,解析成具體的操作並執行,最終保證主從資料的一致性;
    MySQL 資料庫主從同步原理

##binlog的內容 上面說了,binlog是一種邏輯日誌,可以簡單得理解為sql語句,但其實還包含著執行的sql語句的反向邏輯。 delete對應delete本身以及反向的insert資訊;update包含對應的update執行前後資料行的相關資訊;insert包含自身的insert以及對應的delete資訊。

binlog的格式 binlog共有三種格式,分別是statement、row以及mixed。 MySQL 5.7.7版本之前預設使用的是statement,MySQL 5.7.7之後預設使用的是row。日誌的格式可以透過my.ini設定檔中的binlog-format來修改。
(1)statement:基於sql語句的複製(statement-based replication,SBR),每一個修改資料的sql語句都會記錄到binlog。

  • 優點:不需要具體記錄某一行的變化,節省空間,減少io,提高效能;

  • 缺點:在執行sysdate( )或sleep()等操作的時候,可能導致主從資料不一致的情況;

#(2)row:基於行記錄的複製(row-based replication,RBR),不記錄sql語句上下文相關訊息,而是記錄哪筆記錄被修改的細節。

  • 優點:非常詳細地記錄每一行記錄修改的細節,因而不會出現資料無法被正確複製的情況;

  • 缺點:由於會非常詳細地記錄每一筆記錄修改的細節,這樣會產生大量的日誌內容。假設現在有一條update語句,修改了許多筆記錄,則每筆修改記錄都會記錄到binlog。特別地,alter table這個操作,由於表結構的變化,每行記錄都會發生變化,導致日誌量暴增;

(3)mixed:根據上面所說的, statement和row各有優缺點,因此出現了mixed這個版本,將這二者混合。一般情況下使用statement格式來進行儲存,當遇到statement無法解決時,切換為row格式來進行儲存。

特別地,上面說了,新版本(MySQL 5.7.7之後)預設使用的row格式,這裡的row也做了相應的優化,在遇到alter table這個操作時採用statement格式進行記錄,其餘操作仍然使用row格式。

binlog刷盤時機

對於InnoDB儲存引擎來說,只有在交易提交的時候才會記錄binlog,此時記錄還在記憶體中,MySQL通過sync_binlog來控制binlog的刷盤時機,取值範圍為0-N:

  • 0:不強製刷到磁碟,由系統自行判斷何時寫入磁碟中;

  • 1:每次提交後都要將binlog寫入磁碟中;

  • N:每N個事務,才會將binlog寫入磁碟中;

從上面可以看出,sync_binlog最安全的是設定是1,這也是MySQL 5.7.7之後版本的預設值。但是設定一個大一些的值可以提升資料庫效能,因此實際情況下也可以將值適當調大,犧牲一定的一致性來獲得更好的效能。

binlog的實體檔案大小

透過設定max_binlog_size參數,可以控制binlog的大小,這參數位於my.ini設定檔中。系統會建立一個新的檔案以繼續儲存日誌,當日誌的大小超過binlog檔案的容量限制時。當一個事務比較大時,或是日誌越來越多的時候,此時佔據的實體空間太大怎麼辦? MySQL提供了一種自動刪除的機制,還是在my.ini設定檔中,可以透過設定expire_logs_days這個參數來解決,單位為天。當這個參數為0,表示永不刪除;為N時,表示第N天後自動刪除。

2、redo log

redolog是InnoDB引擎專有的日誌系統。主要是用來實現交易的持久性以及實現crash-safe功能。 redolog屬於實體日誌,記錄的是sql語句執行之後資料頁上的具體修改內容。
我們都知道,當MySQL運行的時候,會將資料從磁碟載入到記憶體當中。當執行sql語句對資料進行修改時,修改後的內容其實都只是暫時儲存到記憶體當中,如果此時斷電或出現其他情況,這些修改就會遺失。因而,當修改完資料之後,MySQL會尋找機會將這些記憶體中的記錄刷回磁碟當中。但這就出現一個效能問題,主要有兩個面向:

InnoDB中是以頁為資料單位與磁碟互動的,而一個事務很可能只是修改了一個頁上的幾個位元組,如果將一個完整的資料頁刷回磁碟當中,浪費資源;

一個事務可能涉及到多個資料頁,這些資料頁只是邏輯上連續,在物理上並不連續,使用隨機IO效能太差;

因此,MySQL設計了redolog來記錄交易對資料頁具體做了哪些修改,之後將redolog再刷回磁碟當中。你可能會有疑惑,本來就是想減少io,這不又加一次io麼? InnoDB的設計者在設計之初就已經考慮到了這些。 Redo log 檔案通常都很小,而且在刷新磁碟的過程中採用的是順序 I/O。與隨機 I/O 相比,效能更好。

redo log基本概念
redolog由兩個部分組成,一個是記憶體中的日誌快取redo log buffer,一個是磁碟中的日誌檔案redo log file。當每次對資料記錄進行修改的時候,都會將這些修改內容先寫入redo log buffer中,後續等待適當的時機將記憶體中的修改刷回redo log file。這種先寫日誌,再寫磁碟的技術就是WAL(Write-Ahead Logging)技術。要注意的是redolog比資料頁先刷回磁碟,叢集索引,二級索引,undo頁面的修改,都需要記錄redolog。

在電腦作業系統中,用戶空間(user space)下的緩衝區資料一般情況下是無法直接寫入磁碟的,中間必須經過作業系統核心空間(kernel space)緩衝區(OS Buffer )。因此,redo log buffer寫入redo log file其實是先寫入OS Buffer,然後再透過系統呼叫fsync()將其刷到redo log file中,流程如下:
MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用
# mysql支持三種將redo log buffer寫入redo log file的時機,可透過innodb_flush_log_at_trx_commit參數配置,各參數值意義如下:

參數值
0(延遲寫入) 交易提交時不會將redo log buffer中日誌寫入到os buffer,而是每秒寫入os buffer並呼叫fsync()寫入到redo log file。也就是說設定為0時是(大約)每秒刷新寫入到磁碟中的,當系統崩潰,會遺失1秒鐘的資料。
1(即時寫,即時刷) 交易每次提交都會將redo log buffer中的日誌寫入os buffer並呼叫fsync()刷到redo log file中。這種方式即使系統崩潰也不會丟失任何數據,但是因為每次提交都寫入磁碟,IO的效能較差。
2(即時寫,延遲刷) 每次提交都只寫入到os buffer,然後是每秒調用fsync()將os buffer中的日誌寫入到redo log file。

MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用
redo log記錄形式
redolog採用固定大小,循環寫入的格式,當redolog寫滿之後,會重新從頭開始寫入。為什麼這麼設計呢?
redo log存在的意義主要是降低資料頁刷盤的要求。 redolog記錄了資料頁上的修改,但當資料頁也刷回到磁碟後,這些記錄就失去作用了。因此當MySQL判斷之前的redolog已經失去作用之後,新資料會將這些失效的資料進行覆寫。那如何判斷該不該進行覆蓋呢?
MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用
上圖是redo log file的示意圖,write pos表示redolog目前記錄的日誌序號LSN(log sequence number)。當資料頁也已經刷回磁碟之後,會更新redo log file中的LSN,表示到這個LSN之前的資料已經落盤,這個LSN就是check point。 write pos到check point之間的部分是redolog空餘的部分,用來記錄新的記錄;check point到write pos之間是redolog已經記錄的資料頁修改部分,但此時資料頁還未刷回磁碟的部分。當write pos追上check point時,會先推check point向前移動,空出位置再記錄新的日誌。

啟動innodb的時候,不管上次是正常關閉還是異常關閉,總是會進行恢復操作。恢復時,會先檢查資料頁中的LSN,如果這個LSN小於redolog中的LSN,也就是write pos位置,說明在redolog上記錄著資料頁上尚未完成的動作,接著就會從最近的一個check point出發,開始同步資料。

那有沒有可能資料頁中的LSN大於redolog中的LSN呢?答案是當然可能。當這種情況出現時,這時超出redolog的部分將不會重做,因為這本身就表示已經做過的事情,無需再重做。
redo log與binlog區別

##檔案大小redo log的大小是固定的。 binlog可透過設定參數max_binlog_size設定每個binlog檔案的大小。 實作方式redo log是InnoDB引擎層實作的,並不是所有引擎都有。 binlog是Server層實現的,所有引擎都可以使用binlog日誌

#redo log binlog
####記錄方式######redo log 採用循環寫的方式記錄,當寫到結尾時,會回到開頭循環寫日誌。 ######binlog 透過追加的方式記錄,當檔案大小大於給定值後,後續的日誌會記錄到新的檔案上############適用場景#### ##redo log適用於崩潰復原(crash-safe)######binlog適用於主從複製和資料復原############

由binlog和redo log的區別可知:binlog日誌只用於歸檔,只依賴binlog是沒有crash-safe能力的。但只有redo log也不行,因為redo log是InnoDB特有的,且日誌上的記錄落盤後會被覆掉。因此需要binlog和redo log二者同時記錄,才能確保當資料庫發生宕機重新啟動時,資料不會遺失。
兩階段提交
上面簡單介紹了redolog和binlog,在對資料進行修改時,他們都會對這些修改進行保存落地,只是一個是實體日誌,一個是邏輯日誌。那他倆具體在修改過程中是如何執行的呢?

假設現在有一個update語句要執行,update from table_name set c=c 1 where id=2,執行流程如下:

  • ##先定位到id=2這一筆記錄;

  • 執行器拿到引擎給的行數據,把這個值加上1,得到新的一行數據,再呼叫引擎介面寫入這行新數據;

  • 引擎將這行新資料更新到記憶體中,同時將這個更新作業記錄到redolog裡面,此時redolog 處於prepare 狀態。然後告知執行器執行完成了,隨時可以提交事務;

  • 執行器產生這個操作的binlog,並把binlog寫入磁碟;

  • 執行器呼叫引擎的提交事務接口,引擎把剛剛寫入的redo log 改成提交(commit)狀態,更新完成;

示意圖如下:


MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用 這種將redolog的寫入拆分成prepare和commit兩個步驟的過程稱之為兩階段提交。

redolog 和binlog都可以用來表示交易的提交狀態,而兩階段提交就是讓這兩個狀態保持邏輯上的一致。如果不使用兩階段提交,而是先寫其中一個再寫另外一個可能會帶來一些問題。

此時還是使用update來舉例。假設目前id=2,有一個欄位c=0,分別分析以下情況:


先寫redolog再寫binlog 假設先寫redolog,當redolog寫完,但是binlog還未寫完的時候,此時MySQL突然出現異常導致重新啟動。由於之前redolog已經寫完,系統重新啟動後,修改後的記錄仍然存在,所以恢復後這一行 c 的值是 1。但由於系統重啟,binlog中並未有這項紀錄。之後備份日誌的時候,存起來的binlog裡面就沒有這條語句。然後你會發現,如果需要用這個binlog 來恢復臨時庫的話,由於這個語句的binlog丟失,這個臨時庫就會少了這次更新,恢復出來的這一行c 的值就是0,與原庫的值不同。

先寫binlog再寫redolog 假如先寫binlog,然後寫redolog的時候系統重新啟動。重啟之後,redolog中沒有對c進行修改的記錄,此時c的值還是0。但 binlog裡面已經記錄了「把 c 從 0 改成 1」這個日誌。所以,之後用 binlog來恢復的時候就多了一個事務出來,恢復出來的這一行 c 的值就是 1,與原始庫的值不同。

因此,綜上所述,如果是先寫某一個日誌再寫另一個日誌,就會出現資料庫的狀態與使用binlog恢復出來的函式庫的狀態不一致的情況。

3、undo log

undolog主要用來記錄某行記錄被修改之前的狀態,記錄的是修改前的資料。使用undolog可以在交易回溯時將記錄恢復到交易開始前的狀態。事務的原子性和持久性也是依賴undolog來實現的。 undo log主要記錄了資料的邏輯變化,例如一條INSERT語句,對應一條DELETE的undo log,對於每個UPDATE語句,對應一條相反的UPDATE的undo log,這樣在發生錯誤時,就能回滾到事務之前的數據狀態。在資料復原過程中,使用binlog和redolog結合,可確保資料復原的準確性。

undolog的作用流程如下所示:


MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用

  • 在交易開始前將修改前的版本寫入undo log;

  • 開始進行修改,將修改過的資料儲存到記憶體當中;

  • #將undolog持久化到磁碟當中;

  • 將資料頁刷回磁碟當中;

  • 交易提交;

和redolog一樣,undolog也需要先於資料頁刷回磁碟。如果undolog完整,可以使用其中記錄的資訊來回溯事務,以恢復資料。

在一個事務當中,可能會對同一資料進行多次修改,那麼是不是每一次修改前的記錄都要記錄到undolog中呢?這樣的話,會導致undolog日誌量太大,此時redolog就要上場了。在一個事務當中,如果是對同一筆記錄進行修改,undolog只會記錄交易開始前的原始記錄,當再次對這條記錄進行修改時,redolog會記錄後續的變更。在資料復原過程中,透過協調redolog和undolog的作用,前滾和回溯操作來完成資料的復原。過程如下圖所示:
MySQL的binlog、redo log和undo log怎么使用

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來源:yisu.com
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