MySQL日志

日志是mysql数据库的重要组成部分,记录着数据库运行期间各种状态信息。mysql日志主要包括错误日志查询日志慢查询日志事务日志二进制日志几大类。作为开发,我们重点需要关注的是二进制日志(binlog)和事务日志(包括redo logundo log),本文接下来会详细介绍这三种日志。其他几种日志见 👉 [玩转MySQL之八]MySQL日志分类及简介

1. binlog

binlog用于记录数据库执行的写入性操作(不包括查询)信息,以二进制的形式保存在磁盘中。binlogmysql的逻辑日志,并且由Server层进行记录,使用任何存储引擎的mysql数据库都会记录binlog日志。

逻辑日志:可以简单理解为记录的就是sql语句

物理日志:因为mysql数据最终是保存在数据页中的,物理日志记录的就是数据页变更

binlog是通过追加的方式进行写入的,可以通过max_binlog_size参数设置每个binlog文件的大小,当文件大小达到给定值之后,会生成新的文件来保存日志。

1.1 binlog使用场景

在实际应用中,binlog的主要使用场景有两个,分别是主从复制数据恢复

  1. 主从复制:在Master端开启binlog,然后将binlog发送到各个Slave端,Slave端重放binlog从而达到主从数据一致。
  2. 数据恢复:通过使用mysqlbinlog工具来恢复数据。

1.2 binlog刷盘时机

对于InnoDB存储引擎而言,只有在事务提交时才会记录biglog,此时记录还在内存中,那么biglog是什么时候刷到磁盘中的呢?mysql通过sync_binlog参数控制biglog的刷盘时机,取值范围是0-N

  • 0:不去强制要求,由系统自行判断何时写入磁盘;
  • 1:每次commit的时候都要将binlog写入磁盘;
  • N:每N个事务,才会将binlog写入磁盘。

从上面可以看出,sync_binlog最安全的是设置是1,这也是MySQL 5.7.7之后版本的默认值。但是设置一个大一些的值可以提升数据库性能,因此实际情况下也可以将值适当调大,牺牲一定的一致性来获取更好的性能。

1.3 binlog日志格式

binlog日志有三种格式,分别为STATMENTROWMIXED

MySQL 5.7.7之前,默认的格式是STATEMENTMySQL 5.7.7之后,默认值是ROW。日志格式通过binlog-format指定。

  • STATMENT 基于SQL语句的复制(statement-based replication, SBR),每一条会修改数据的sql语句会记录到binlog。 优点:不需要记录每一行的变化,减少了binlog日志量,节约了IO, 从而提高了性能; 缺点:在某些情况下会导致主从数据不一致,比如执行sysdate()slepp()
  • ROW 基于行的复制(row-based replication, RBR),不记录每条sql语句的上下文信息,仅需记录哪条数据被修改了。 优点:不会出现某些特定情况下的存储过程、或function、或trigger的调用和触发无法被正确复制的问题; 缺点:会产生大量的日志,尤其是alter table的时候会让日志暴涨
  • MIXED 基于STATMENTROW两种模式的混合复制(mixed-based replication, MBR),一般的复制使用STATEMENT模式保存binlog,对于STATEMENT模式无法复制的操作使用ROW模式保存binlog

2. redo log

2.1 为什么需要redo log

我们都知道,事务的四大特性里面有一个是 持久性,具体来说就是只要事务提交成功,那么对数据库做的修改就被永久保存下来了,不可能因为任何原因再回到原来的状态。那么mysql是如何保证持久性的呢?最简单的做法是在每次事务提交的时候,将该事务涉及修改的数据页全部刷新到磁盘中。但是这么做会有严重的性能问题,主要体现在两个方面:

  1. 因为Innodb是以为单位进行磁盘交互的,而一个事务很可能只修改一个数据页里面的几个字节,这个时候将完整的数据页刷到磁盘的话,太浪费资源了!
  2. 一个事务可能涉及修改多个数据页,并且这些数据页在物理上并不连续,使用随机IO写入性能太差!

因此mysql设计了redo log具体来说就是只记录事务对数据页做了哪些修改,这样就能完美地解决性能问题了(相对而言文件更小并且是顺序IO)。MySQL实战45讲中将redo log比作临时记账的粉板实际数据页比作账本

2.2 redo log基本概念

redo log包括两部分:一个是内存中的日志缓冲(redo log buffer),另一个是磁盘上的日志文件(redo log file)。mysql每执行一条DML语句,先将记录写入redo log buffer,后续某个时间点再一次性将多个操作记录写到redo log file。这种先写日志,再写磁盘的技术就是MySQL里经常说到的WAL(Write-Ahead Logging) 技术。

在计算机操作系统中,用户空间(user space)下的缓冲区数据一般情况下是无法直接写入磁盘的,中间必须经过操作系统内核空间(kernel space)缓冲区(OS Buffer)。因此,redo log buffer写入redo log file实际上是先写入OS Buffer,然后再通过系统调用fsync()将其刷到redo log file中,过程如下:

从redo log buffer写日志到磁盘的redo log file中

mysql支持三种将redo log buffer写入redo log file的时机,可以通过innodb_flush_log_at_trx_commit参数配置,各参数值含义如下:

参数值 含义
0(延迟写) 事务提交时不会将redo log buffer中日志写入到os buffer,而是每秒写入os buffer并调用fsync()写入到redo log file中。也就是说设置为0时是(大约)每秒刷新写入到磁盘中的,当系统崩溃,会丢失1秒钟的数据。
1(实时写,实时刷) 事务每次提交都会将redo log buffer中的日志写入os buffer并调用fsync()刷到redo log file中。这种方式即使系统崩溃也不会丢失任何数据,但是因为每次提交都写入磁盘,IO的性能较差。
2(实时写,延迟刷) 每次提交都仅写入到os buffer,然后是每秒调用fsync()os buffer中的日志写入到redo log file

自定义在commit时如何将log buffer中的日志刷log file中

2.3 redo log记录形式

前面说过,redo log实际上记录数据页的变更,而这种变更记录是没必要全部保存,因此redo log实现上采用了大小固定,循环写入的方式,当写到结尾时,会回到开头循环写日志。如下图:

redo log记录形式

同时我们很容易得知,在innodb中,既有redo log需要刷盘,还有数据页也需要刷盘,redo log存在的意义主要就是降低对数据页刷盘的要求。在上图中,write pos表示redo log当前记录的LSN(逻辑序列号)位置,check point表示数据页更改记录刷盘后对应redo log所处的LSN(逻辑序列号)位置。write poscheck point之间的部分是redo log空着的部分,用于记录新的记录;check pointwrite pos之间是redo log待落盘的数据页更改记录。当write pos追上check point时,会先推动check point向前移动,空出位置再记录新的日志。

启动innodb的时候,不管上次是正常关闭还是异常关闭,总是会进行恢复操作。因为redo log记录的是数据页的物理变化,因此恢复的时候速度比逻辑日志(如binlog)要快很多。 重启innodb时,首先会检查磁盘中数据页的LSN,如果数据页的LSN小于日志中的LSN,则会从checkpoint开始恢复。 还有一种情况,在宕机前正处于checkpoint的刷盘过程,且数据页的刷盘进度超过了日志页的刷盘进度,此时会出现数据页中记录的LSN大于日志中的LSN,这时超出日志进度的部分将不会重做,因为这本身就表示已经做过的事情,无需再重做。

2.4 redo log与binlog区别

redo log binlog
文件大小 redo log的大小是固定的。 binlog可通过配置参数max_binlog_size设置每个binlog文件的大小。
实现方式 redo logInnoDB引擎层实现的,并不是所有引擎都有。 binlogServer层实现的,所有引擎都可以使用 binlog日志
记录方式 redo log 采用循环写的方式记录,当写到结尾时,会回到开头循环写日志。 binlog 通过追加的方式记录,当文件大小大于给定值后,后续的日志会记录到新的文件上
适用场景 redo log适用于崩溃恢复(crash-safe) binlog适用于主从复制和数据恢复

binlogredo log的区别可知:binlog日志只用于归档,只依靠binlog是没有crash-safe能力的。但只有redo log也不行,因为redo logInnoDB特有的,且日志上的记录落盘后会被覆盖掉。因此需要binlogredo log二者同时记录,才能保证当数据库发生宕机重启时,数据不会丢失。

问:binlog为什么没有crash_safe的能力呢?binlog日志也记录了所有的操作。

答:不考虑mysql现有的实现,假如现在重新设计mysql,只用一个binlog是否可以实现cash_safe能力呢?答案是可以的,只不过binlog中也要加入checkpoint,数据库故障重启后,binlog checkpoint之后的sql都重放一遍。但是这样做让binlog耦合的功能太多。

3. undo log

数据库事务四大特性中有一个是 原子性,具体来说就是 原子性是指对数据库的一系列操作,要么全部成功,要么全部失败,不可能出现部分成功的情况。实际上,原子性底层就是通过undo log实现的。undo log主要记录了数据的逻辑变化,比如一条INSERT语句,对应一条DELETEundo log,对于每个UPDATE语句,对应一条相反的UPDATEundo log,这样在发生错误时,就能回滚到事务之前的数据状态。同时,undo log也是MVCC(多版本并发控制)实现的关键,这部分内容在面试中的老大难-mysql事务和锁,一次性讲清楚!中有介绍,不再赘述。

附件

MySQL 的逻辑架构图:

MySQL 的逻辑架构图

mysql8.0之后删除了查询缓存模块

update 语句执行流程:

update 语句执行流程

redo log的写入分成两个步骤prepare和commit,这就是两阶段提交

问:两阶段提交中,MySQL异常重启(crash),是如何保证数据完整性的?

答:

  1. 在上图时刻A中,也就是写入redo log处于prepare阶段以后、写binlog之前,发生了崩溃(crash):由于此时binlog还没写,redo log也还没提交(commit),所以崩溃恢复的时候,这个事务会回滚。这时候,binlog还没写,所以也不会传到备库,数据一致;
  2. 在上图时刻B中,也就是写完binlog之后,发生crash:如果redo log里面的事务有commit标识(事务是完整的)则直接提交;如果redo log里面的事务只有prepare没有commit,则判断对应的事务在binlog是否存在并完整,完整则提交事务,否则回滚事务;
  3. MySQL怎么知道binlog是完整的:一个事务的binlog是有完整格式的,statement格式(记录sql语句),最后会有个COMMIT; row格式(记录行的内容,记两条,更新前和更新后都有),最后会有个XID event
  4. redo log和binlog是怎么关联起来的:他们有一个共同的数据字段XID。崩溃恢复的时候,会按顺序扫描redo log;上述第二点中的崩溃恢复场景(redo log里面的事务只有完整的prepare而没有commit),那么mysql就会拿着XID去binlog找是否存在对应的完整事务;

参考

必须了解的mysql三大日志-binlog、redo log和undo log

[玩转MySQL之八]MySQL日志分类及简介

01 | 基础架构:一条SQL查询语句是如何执行的?

02 | 日志系统:一条SQL更新语句是如何执行的?

为什么有binlog还要redo log

版权

评论