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一分鐘了解，預(yù)寫(xiě)日志 WAL 的核心思路...

來(lái)源：責(zé)編：時(shí)間：2024-07-03 17:25:28 161觀看

導(dǎo)讀上一篇《刷盤(pán)，還是不刷盤(pán)，是一個(gè)問(wèn)題》中我們遇到了哪些問(wèn)題？(1) 已提交事務(wù)+未提交事務(wù)的ACID特性怎么保證？畫(huà)外音：上一篇中遇到的問(wèn)題，主要是原子性與持久性。(2) 數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰，怎么實(shí)施故障恢復(fù)？(3) 每次都刷盤(pán)隨機(jī)寫(xiě)，性能低，

上一篇《刷盤(pán)，還是不刷盤(pán)，是一個(gè)問(wèn)題》中我們遇到了哪些問(wèn)題？

(1) 已提交事務(wù)+未提交事務(wù)的ACID特性怎么保證？

畫(huà)外音：上一篇中遇到的問(wèn)題，主要是原子性與持久性。

(2) 數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰，怎么實(shí)施故障恢復(fù)？

(3) 每次都刷盤(pán)隨機(jī)寫(xiě)，性能低，怎么提高數(shù)據(jù)庫(kù)性能？

畫(huà)外音：正常情況下，不需要每個(gè)事務(wù)提交，都進(jìn)行刷盤(pán)。

要提升隨機(jī)寫(xiě)性能，最容易想到的，就是利用高性能的順序?qū)懭罩荆涗浭聞?wù)中的一些信息，來(lái)實(shí)現(xiàn)已提交事務(wù)的數(shù)據(jù)“要刷盤(pán)”，未提交事務(wù)的數(shù)據(jù)“不刷盤(pán)”，以及實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)。

這個(gè)順序?qū)懙娜罩荆涗浭裁磧?nèi)容呢？

事務(wù)中，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的寫(xiě)操作。

如何來(lái)標(biāo)識(shí)寫(xiě)操作的時(shí)序呢？

每條日志記錄會(huì)有一個(gè)遞增的日志序列號(hào)（log sequence number，LSN），唯一標(biāo)識(shí)一條日志記錄。

還有一種特殊的日志記錄，叫檢查點(diǎn)（checkpoint）。

檢查點(diǎn)記錄了某一個(gè)時(shí)刻，緩沖池（buffer pool）中所有數(shù)據(jù)頁(yè)（page）的狀態(tài)信息。

有了檢查點(diǎn)和順序?qū)懭罩荆覀兙涂梢酝ㄟ^(guò)：

重放（redo）已提交事務(wù)的操作；
取消（undo）未提交事務(wù)的操作；
順序?qū)懱娲S機(jī)寫(xiě)；

來(lái)解決，上面提到的三大難題。

這，就是我們今天要聊的核心技術(shù)，預(yù)寫(xiě)日志（write-ahead logging，WAL）。

預(yù)寫(xiě)日志不僅僅是一種日志，更像是一種模式，一種協(xié)議，它要求在進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作時(shí)，必須先寫(xiě)入操作日志。

預(yù)寫(xiě)日志的分層結(jié)構(gòu)是怎么樣的？

如同數(shù)據(jù)的內(nèi)存-磁盤(pán)兩層結(jié)構(gòu)一樣，為了提升性能，預(yù)寫(xiě)日志也分為內(nèi)存-磁盤(pán)兩層結(jié)構(gòu)：

內(nèi)存層：WAL buffer
磁盤(pán)層：WAL log file

預(yù)寫(xiě)日志會(huì)記錄哪些信息呢？

還是之前那個(gè)事務(wù)T1：

開(kāi)始事務(wù)
讀取記錄A的值(假設(shè)A=1)
修改記錄A的值(假設(shè)修改為2)
提交事務(wù)

預(yù)寫(xiě)日志首先會(huì)記錄，T1事務(wù)開(kāi)始：

LSN=0:<T1, BEGIN>

讀取A的值是一個(gè)讀操作，不需要進(jìn)行記錄。

修改記錄A的值是一個(gè)寫(xiě)操作，需要進(jìn)行記錄，而且要記錄修改前的值，與修改后的值，類似于：

LSN=1:<T1, A, 1, 2>

以方便未來(lái)進(jìn)行redo與undo（如上圖中的屎黃色1）。

接下來(lái)，事務(wù)會(huì)對(duì)緩沖池中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改（如上圖中的屎黃色2）。

到目前為止，預(yù)寫(xiě)日志都還是寫(xiě)在buffer中，并沒(méi)有刷到磁盤(pán)上。

事務(wù)提交時(shí)，預(yù)寫(xiě)日志，以及緩沖池會(huì)發(fā)生什么？

首先，T1事務(wù)提交，也會(huì)記錄到buffer中：

LSN=2:<T1, COMMIT>

但這樣，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

預(yù)寫(xiě)日志，必須全部從buffer里刷到磁盤(pán)上，也就是日志文件中，事務(wù)才能標(biāo)記上“已提交”，并返回給應(yīng)用程序。

沒(méi)錯(cuò)，只要預(yù)寫(xiě)日志從buffer刷到磁盤(pán)，而不需要數(shù)據(jù)從buffer刷到磁盤(pán)，就能返回應(yīng)用程序，事務(wù)提交成功。

至于數(shù)據(jù)什么時(shí)候從buffer刷回磁盤(pán)，這取決于緩沖池刷盤(pán)策略，例如：隔一段時(shí)間異步刷盤(pán)（如上圖中的屎黃色便簽）。

這，就是預(yù)寫(xiě)日志的核心思路。

總結(jié)與思考：

(1) 日志序列號(hào)（log sequence number，LSN），唯一標(biāo)識(shí)一條日志記錄，遞增；

(2) 檢查點(diǎn)（checkpoint），記錄了某一個(gè)時(shí)刻，緩沖池（buffer pool）中所有數(shù)據(jù)頁(yè)（page）的狀態(tài)信息。

(3) 預(yù)寫(xiě)日志記錄什么核心信息？

事務(wù)開(kāi)始
事務(wù)結(jié)束（提交/回滾）
事務(wù)的寫(xiě)操作，修改前/修改后的值

(4) 數(shù)據(jù)庫(kù)何時(shí)能向應(yīng)用程序返回“事務(wù)成功”？

預(yù)寫(xiě)日志刷盤(pán)成功之后。

(5) 上一篇《刷盤(pán)，還是不刷盤(pán)，是一個(gè)問(wèn)題》結(jié)尾的問(wèn)題：在數(shù)據(jù)庫(kù)返回應(yīng)用程序事務(wù)成功之前，要不要將數(shù)據(jù)刷回磁盤(pán)？

只要有預(yù)寫(xiě)日志機(jī)制，只需要預(yù)寫(xiě)日志刷盤(pán)，不需要數(shù)據(jù)刷盤(pán)。

新的場(chǎng)景出現(xiàn)了：如果數(shù)據(jù)庫(kù)崩了，怎么利用檢查點(diǎn)（checkpoint）以及預(yù)寫(xiě)日志，來(lái)進(jìn)行刷盤(pán)和數(shù)據(jù)恢復(fù)呢？讓你來(lái)設(shè)計(jì)，你會(huì)怎么做？

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