MySQL的undo log和redo log
在資料庫系統中，既有存放資料的檔案，也有存放日誌的檔案。日誌在記憶體中也是有緩衝Log buffer，也有磁碟檔案log file，本文主要描述存放日誌的檔案。
MySQL中的記錄檔，有這麼兩類常常討論到：undo日誌與redo日誌。1 undo1.1 undo是什麼undo日誌用於存放資料修改被修改前的值，假設修改 tba 表中 id=2的行資料，把Name='B' 修改為Name = 'B2' ，那麼undo日誌就會用來存放Name='B'的記錄，如果這個修改出現異常，可以使用undo日誌來實現復原操作，保證事務的一致性。對資料的變更操作，主要來自 INSERT UPDATE DELETE，而UNDO LOG中分為兩種類型，一種是 INSERT_UNDO（INSERT操作），記錄插入的唯一索引值；一種是 UPDATE_UNDO（包含UPDATE及DELETE操作），記錄修改的唯一索引值以及old column記錄。
1.2 undo參數MySQL跟undo有關的參數設定有這些：
mysql> show global variables like '%undo%';
+--------------------------+------------+
| Variable_name | Value |
+--------------------------+------------+
| innodb_max_undo_log_size | 1073741824 |
| innodb_undo_directory | ./ |
| innodb_undo_log_truncate | OFF |
| innodb_undo_logs | 128 |
| innodb_undo_tablespaces | 3 |
+--------------------------+------------+
mysql> show global variables like '%truncate%';
+--------------------------------------+-------+
| Variable_name | Value |
+--------------------------------------+-------+
| innodb_purge_rseg_truncate_frequency | 128 |
| innodb_undo_log_truncate | OFF |
+--------------------------------------+-------+
innodb_max_undo_log_size
控制最大undo tablespace檔案的大小，當啟動了innodb_undo_log_truncate 時，undo tablespace 超過innodb_max_undo_log_size 閥值時才會去嘗試truncate。該值預設大小為1G，truncate後的大小預設為10M。
設定undo獨立資料表空間個數，範圍為0-128， 預設為0，0表示表示不開啟獨立undo資料表空間 且 undo日誌儲存在ibdata檔案中。該參數只能在最開始初始化MySQL執行個體的時候指定，如果執行個體已建立，這個參數是不能變動的，如果在資料庫配置文 件 .cnf 中指定innodb_undo_tablespaces 的個數大於執行個體建立時的指定個數，則會啟動失敗，提示該參數設定有誤。 如果設定了該參數為n（n>0），那麼就會在undo目錄下建立n個undo檔案（undo001，undo002 ...... undo n），每個檔案預設大小為10M.什麼時候需要來設定這個參數呢？ 當DB寫壓力較大時，可以設定獨立UNDO資料表空間，把UNDO LOG從ibdata檔案中分離開來，指定 innodb_undo_directory目錄存放，可以制定到高速磁碟上，加快UNDO LOG 的讀寫效能。
InnoDB的purge線程，根據innodb_undo_log_truncate設定開啟或關閉、innodb_max_undo_log_size的參數值，以及truncate的頻率來進行空間回收和 undo file 的重新初始化。 該參數生效的前提是，已設定獨立資料表空間且獨立資料表空間個數大於等於2個。 purge線程在truncate undo log file的過程中，需要檢查該檔案上是否還有活動事務，如果沒有，需要把該undo log file標記為不可分配，這個時候，undo log 都會記錄到其他檔案上，所以至少需要2個獨立資料表空間檔案，才能進行truncate 操作，標註不可分配後，會建立一個獨立的檔案undo_<space_id>_trunc.log，記錄現在正在truncate 某個undo log檔案，然後開始初始化undo log file到10M，操作結束後，刪除表示truncate動作的 undo_<space_id>_trunc.log 檔案，這個檔案保證了即使在truncate過程中發生了故障重啟資料庫服務，重啟後，服務發現這個檔案，也會繼續完成truncate操作，刪除檔案結束後，標識該undo log file可分配。
- innodb_purge_rseg_truncate_frequency
用於控制purge復原段的頻度，預設為128。假設設定為n，則說明，當Innodb Purge操作的協調線程 purge事務128次時，就會觸發一次History purge，檢查當前的undo log 資料表空間狀態是否會觸發truncate。1.3 undo空間管理如果需要設定獨立資料表空間，需要在初始化資料庫執行個體的時候，指定獨立資料表空間的數量。UNDO內部由多個復原段組成，即 Rollback segment，一共有128個，儲存在ibdata系統資料表空間中，分別從resg slot0 - resg slot127，每一個resg slot，也就是每一個復原段，內部由1024個undo segment 組成。復原段（rollback segment）分配如下：
- slot 0 ，預留給系統資料表空間；
- slot 1- 32，預留給暫存資料表空間，每次資料庫重啟的時候，都會重建暫存資料表空間；
- slot33-127，如果有獨立資料表空間，則預留給UNDO獨立資料表空間；如果沒有，則預留給系統資料表空間；
復原段中除去32個提供給暫存資料表事務使用，剩下的 128-32=96個復原段，可執行 96*1024 個並發事務操作，每個事務佔用一個 undo segment slot，注意，如果事務中有暫存資料表事務，還會在暫存資料表空間中的 undo segment slot 再佔用一個 undo segment slot，即佔用2個undo segment slot。如果錯誤記錄檔中有：
Cannot find a free slot for an undo log。則說明並發的事務太多了，需要考慮下是否要分流業務。復原段（rollback segment ）採用 輪詢調度的方式來分配使用，如果設定了獨立資料表空間，那麼就不會使用系統資料表空間復原段中undo segment，而是使用獨立資料表空間的，同時，如果回顧段正在 Truncate操作，則不分配。2 redo2.1 redo是什麼 當資料庫對資料做修改的時候，需要把資料頁從磁碟讀到buffer pool中，然後在buffer pool中進行修改，那麼這個時候buffer pool中的資料頁就與磁碟上的資料頁內容不一致，稱buffer pool的資料頁為dirty page 髒資料，如果這個時候發生非正常的DB服務重啟，那麼這些資料還沒在記憶體，並沒有同步到磁碟檔案中（注意，同步到磁碟檔案是個隨機IO），也就是會發生資料丟失，如果這個時候，能夠在有一個檔案，當buffer pool 中的data page變更結束後，把相應修改記錄記錄到這個檔案（注意，記錄日誌是順序IO），那麼當DB服務發生crash的情況，恢複DB的時候，也可以根據這個檔案的記錄內容，重新應用到磁碟檔案，資料保持一致。 這個檔案就是redo log ，用於記錄 資料修改後的記錄，順序記錄。它可以帶來這些好處：
- 當buffer pool中的dirty page 還沒有重新整理到磁碟的時候，發生crash，啟動服務後，可通過redo log 找到需要重新重新整理到磁碟檔案的記錄；
- buffer pool中的資料直接flush到disk file，是一個隨機IO，效率較差，而把buffer pool中的資料記錄到redo log，是一個順序IO，可以提高事務提交的速度；
假設修改 tba 表中 id=2的行資料，把Name='B' 修改為Name = 'B2' ，那麼redo日誌就會用來存放Name='B2'的記錄，如果這個修改在flush 到磁碟檔案時出現異常，可以使用redo log實現重做操作，保證事務的持久性。
這裡注意下redo log 跟binary log 的區別，redo log 是儲存引擎層產生的，而binary log是資料庫層產生的。假設一個大事務，對tba做10萬行的記錄插入，在這個過程中，一直不斷的往redo log順序記錄，而binary log不會記錄，知道這個事務提交，才會一次寫入到binary log檔案中。binary log的記錄格式有3種：row，statement跟mixed，不同格式記錄形式不一樣。2.2 redo 參數
- innodb_log_files_in_group
redo log 檔案的個數，命名方式如：ib_logfile0，iblogfile1... iblogfilen。預設2個，最大100個。
檔案設定大小，預設值為 48M，最大值為512G，注意最大值指的是整個 redo log系列檔案之和，即（innodb_log_files_in_group * innodb_log_file_size ）不能大於最大值512G。
- innodb_log_group_home_dir
檔案存放路徑
Redo Log 緩衝區，預設8M，可設定1-8M。延遲交易記錄寫入磁碟，把redo log 放到該緩衝區，然後根據 innodb_flush_log_at_trx_commit參數的設定，再把日誌從buffer 中flush 到磁碟中。
- innodb_flush_log_at_trx_commit
- innodb_flush_log_at_trx_commit=1，每次commit都會把redo log從redo log buffer寫入到system，並fsync重新整理到磁碟檔案中。
- innodb_flush_log_at_trx_commit=2，每次事務提交時MySQL會把日誌從redo log buffer寫入到system，但唯寫入到file system buffer，由系統內部來fsync到磁碟檔案。如果資料庫執行個體crash，不會丟失redo log，但是如果伺服器crash，由於file system buffer還來不及fsync到磁碟檔案，所以會丟失這一部分的資料。
- innodb_flush_log_at_trx_commit=0，事務發生過程，日誌一直激勵在redo log buffer中，跟其他設定一樣，但是在事務提交時，不產生redo 寫操作，而是MySQL內部每秒操作一次，從redo log buffer，把資料寫入到系統中去。如果發生crash，即丟失1s內的事務修改操作。
- 注意：由於進程調度策略問題,這個“每秒執行一次 flush(刷到磁碟)操作”並不是保證100%的“每秒”。
2.3 redo 空間管理 Redo log檔案以
ib_logfile[number]命名，Redo log 以順序的方式寫入檔案檔案，寫滿時則回溯到第一個檔案，進行覆蓋寫。（但在做redo checkpoint時，也會更新第一個記錄檔的頭部checkpoint標記，所以嚴格來講也不算順序寫）。實際上redo log有兩部分組成：redo log buffer 跟redo log file。buffer pool中把資料修改情況記錄到redo log buffer，出現以下情況，再把redo log刷下到redo log file：
- Redo log buffer空間不足
- 事務提交（依賴innodb_flush_log_at_trx_commit參數設定）
- 後台線程
- 做checkpoint
- 執行個體shutdown
- binlog切換
3 undo及redo如何記錄事務3.1 Undo + Redo事務的簡化過程 假設有A、B兩個資料，值分別為1,2，開始一個事務，事務的操作內容為：把1修改為3，2修改為4，那麼實際的記錄如下（簡化）： A.事務開始.
B.記錄A=1到undo log.
C.修改A=3.
D.記錄A=3到redo log.
E.記錄B=2到undo log.
F.修改B=4.
G.記錄B=4到redo log.
H.將redo log寫入磁碟。 I.事務提交3.2 IO影響 Undo + Redo的設計主要考慮的是提升IO效能，增大資料庫輸送量。可以看出，B D E G H，均是新增操作，但是B D E G 是緩衝到buffer區，只有G是增加了IO操作，為了保證Redo Log能夠有比較好的IO效能，InnoDB 的 Redo Log的設計有以下幾個特點： A. 盡量保持Redo Log儲存在一段連續的空間上。因此在系統第一次啟動時就會將記錄檔的空間完全分配。 以順序追加的方式記錄Redo Log,通過順序IO來改善效能。 B. 批量寫入日誌。日誌並不是直接寫入檔案，而是先寫入redo log buffer.當需要將日誌重新整理到磁碟時 (如事務提交),將許多日誌一起寫入磁碟. C. 並發的事務共用Redo Log的儲存空間，它們的Redo Log按語句的執行順序，依次交替的記錄在一起，
以減少日誌佔用的空間。例如,Redo Log中的記錄內容可能是這樣的：
記錄1: <trx1, insert …>
記錄2: <trx2, update …>
記錄3: <trx1, delete …>
記錄4: <trx3, update …>
記錄5: <trx2, insert …>
D. 因為C的原因,當一個事務將Redo Log寫入磁碟時，也會將其他未提交的事務的日誌寫入磁碟。 E. Redo Log上只進行順序追加的操作，當一個事務需要復原時，它的Redo Log記錄也不會從Redo Log中刪除掉。3.3 恢複前面說到未提交的事務和復原了的事務也會記錄Redo Log，因此在進行恢複時,這些事務要進行特殊的的處理。有2種不同的恢複策略： A. 進行恢複時，只重做已經提交了的事務。
B. 進行恢複時，重做所有事務包括未提交的事務和復原了的事務。然後通過Undo Log復原那些 未提交的事務。 MySQL資料庫InnoDB儲存引擎使用了B策略, InnoDB儲存引擎中的恢複機制有幾個特點： A. 在重做Redo Log時，並不關心事務性。 恢複時，沒有BEGIN，也沒有COMMIT,ROLLBACK的行為。也不關心每個日誌是哪個事務的。儘管事務ID等事務相關的內容會記入Redo Log，這些內容只是被當作要操作的資料的一部分。 B. 使用B策略就必須要將Undo Log持久化，而且必須要在寫Redo Log之前將對應的Undo Log寫入磁碟。Undo和Redo Log的這種關聯，使得持久化變得複雜起來。為了降低複雜度，InnoDB將Undo Log看作資料，因此記錄Undo Log的操作也會記錄到redo log中。這樣undo log就可以象資料一樣緩衝起來，而不用在redo log之前寫入磁碟了。 包含Undo Log操作的Redo Log，看起來是這樣的：
記錄1: <trx1, Undo log insert <undo_insert …>>
記錄2: <trx1, insert …>
記錄3: <trx2, Undo log insert <undo_update …>>
記錄4: <trx2, update …>
記錄5: <trx3, Undo log insert <undo_delete …>>
記錄6: <trx3, delete …>
C. 到這裡，還有一個問題沒有弄清楚。既然Redo沒有事務性，那豈不是會重新執行被復原了的事務？
確實是這樣。同時Innodb也會將交易回復時的操作也記錄到redo log中。復原操作本質上也是
對資料進行修改，因此復原時對資料的操作也會記錄到Redo Log中。
一個復原了的事務的Redo Log，看起來是這樣的：
記錄1: <trx1, Undo log insert <undo_insert …>>
記錄2: <trx1, insert A…>
記錄3: <trx1, Undo log insert <undo_update …>>
記錄4: <trx1, update B…>
記錄5: <trx1, Undo log insert <undo_delete …>>
記錄6: <trx1, delete C…>
記錄7: <trx1, insert C>
記錄8: <trx1, update B to old value> 記錄9: <trx1, delete A> 一個被復原了的事務在恢複時的操作就是先redo再undo，因此不會破壞資料的一致性。
