并發(fā)復(fù)制（Parallel Replication）系列一 : Binary Log Group Commit

作者：沃趣科技MySQL數(shù)據(jù)庫工程師  麻鵬飛

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MySQL  Binary log在MySQL 5.1版本后推出主要用于主備復(fù)制的搭建，我們回顧下MySQL 在開啟/關(guān)閉 Binary Log功能時是如何工作的 。

MySQL沒有開啟Binary log的情況下：

•  InnoDB存儲引擎通過redo和undo日志可以safe crash recovery數(shù)據(jù)庫，當(dāng)數(shù)據(jù)crash recovery時，通過redo日志將所有已經(jīng)在存儲引擎內(nèi)部提交的事務(wù)應(yīng)用redo log恢復(fù)，所有已經(jīng)prepared但是沒有commit的transactions將會應(yīng)用undo log做roll back。然后客戶端連接時就能看到已經(jīng)提交的數(shù)據(jù)存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，未提交被回滾地數(shù)據(jù)需要重新執(zhí)行。

MySQL開啟Binary log 的情況下：

• 為了保證存儲引擎和MySQL數(shù)據(jù)庫上層的二進(jìn)制日志保持一致（因為備庫通過二進(jìn)制日志重放主庫提交的事務(wù)，假設(shè)主庫存儲引擎已經(jīng)提交而二進(jìn)制日志沒有保持一致，則會使備庫數(shù)據(jù)丟失造成主備數(shù)據(jù)不一致），引入二階段提交（two phase commit or 2pc）

圖1 二階段提交

 MySQL二階段提交流程：

            Storage Engine（InnoDB） transaction prepare階段：即sql語句已經(jīng)成功執(zhí)行并生成redo和undo的內(nèi)存日志

            Binary log日志提提交

• • write()將binary log內(nèi)存日志數(shù)據(jù)寫入文件系統(tǒng)緩存

  • fsync()將binary log 文件系統(tǒng)緩存日志數(shù)據(jù)永久寫入磁盤

            Storage Engine(InnoDB)內(nèi)部提交

• • commit階段在存儲引擎內(nèi)提交( innodb_flush_log_at_trx_commit控制)使undo和redo永久寫入磁盤

    開啟Binary log的MySQL在crash recovery時：

• 當(dāng)事務(wù)在prepare階段crash，數(shù)據(jù)庫recovery的時候該事務(wù)未寫入Binary log并且存儲引擎未提交，將該事務(wù)roll back。

• 當(dāng)事務(wù)在Binary log日志已經(jīng)fsync()永久寫入二進(jìn)制日志時crash，但是存儲引擎未來得及commit,此時MySQL數(shù)據(jù)庫recovery的時候?qū)亩M(jìn)制日志的Xid（MySQL數(shù)據(jù)庫內(nèi)部分布式事務(wù)XA）中獲取提交的信息重新將該事務(wù)重做并commit使存儲引擎和二進(jìn)制日志始終保持一致。

以上提到單個事務(wù)的二階段提交過程，能夠保證存儲引擎和binary log日志保持一致，但是在并發(fā)的情況下怎么保證存儲引擎和Binary Log提交的順序一致？當(dāng)多個事務(wù)并發(fā)提交的情況，如果Binary Log和存儲引擎順序不一致會造成什么影響？

 圖2 InnoDB存儲引擎提交的順序與MySQL上層的二進(jìn)制日志順序不同

如上圖：事務(wù)按照T1、T2、T3順序開始執(zhí)行，將二進(jìn)制日志（按照T1、T2、T3順序）寫入日志文件系統(tǒng)緩存，調(diào)用fsync()進(jìn)行一次group commit將日志文件永久寫入磁盤，但是存儲引擎提交的順序為T2、T3、T1。當(dāng)T2、T3提交事務(wù)之后做了一個On-line的backup程序新建一個slave來做replication，那么事務(wù)T1在slave機(jī)器restore MySQL數(shù)據(jù)庫的時候發(fā)現(xiàn)未在存儲引擎內(nèi)提交，T1事務(wù)被roll back，此時主備數(shù)據(jù)不一致(搭建Slave時，change master to的日志偏移量記錄T3在事務(wù)位置之后)。

結(jié)論：MySQL數(shù)據(jù)庫上層二進(jìn)制日志的寫入順序和存儲引擎InnoDB層的事務(wù)提交順序一致，用于備份及恢復(fù)需要，如xtrabackup和innobackpex工具。
    為了解決以上問題，在早期的MySQL版本，通過prepare_commit_mutex 鎖保證MySQ數(shù)據(jù)庫上層二進(jìn)制日志和Innodb存儲引擎層的事務(wù)提交順序一致。

 圖3 通過prepare_commit_mutex保證存儲引擎和二進(jìn)制日志順序提交順序一致

圖3可以看出在prepare_commit_mutex，只有當(dāng)上一個事務(wù)commit后釋放鎖，下一個事務(wù)才可以進(jìn)行prepara操作，并且在每個transaction過程中Binary log沒有fsync()的調(diào)用。由于內(nèi)存數(shù)據(jù)寫入磁盤的開銷很大，如果頻繁fsync()把日志數(shù)據(jù)永久寫入磁盤數(shù)據(jù)庫的性能將會急劇下降。此時MySQL 數(shù)據(jù)庫提供sync_binlog參數(shù)來設(shè)置多少個binlog日志產(chǎn)生的時候調(diào)用一次fsync()把二進(jìn)制日志刷入磁盤來提高整體性能，該參數(shù)的設(shè)置作用：

• sync_binlog=0，二進(jìn)制日志fsync()的操作基于操作系統(tǒng)。

• sync_binlog=1，每一個transaction commit都會調(diào)用一次fsync()，此時能保證數(shù)據(jù)最安全但是性能影響較大。

• sync_binlog=N，當(dāng)數(shù)據(jù)庫crash的時候至少會丟失N-1個transactions。

圖3 所示MySQL開啟Binary log時使用prepare_commit_mutex和sync_log保證二進(jìn)制日志和存儲引擎順序保持一致（通過sync_binlog來控制日志的刷新頻率），prepare_commit_mutex的鎖機(jī)制造成高并發(fā)提交事務(wù)的時候性能非常差而且二進(jìn)制日志也無法group commit。

那么如何保證MySQL開啟Binary Log日志后使二進(jìn)制日志寫入順序和存儲引擎提交順序保持一致并且能夠進(jìn)行二進(jìn)制日志的Group Commit？

MySQL 5.6 引入BLGC（Binary Log Group Commit）,二進(jìn)制日志的提交過程分成三個階段，F(xiàn)lush stage、Sync stage、Commit stage。

那么事務(wù)提交過程簡化為：

存儲引擎（InnoDB) Prepare    ---->數(shù)據(jù)庫上層(Binary Log)  Flush Stage    ---->    Sync Stage    ---->調(diào)存儲引擎（InnoDB）Commit stage.

每個stage階段都有各自的隊列，使每個session的事務(wù)進(jìn)行排隊。當(dāng)一個線程注冊了一個空隊列，該線程就視為該隊列的leader，后注冊到該隊列的線程為follower，leader控制隊列中follower的行為。leader同時帶領(lǐng)當(dāng)前隊列的所有follower到下一個stage去執(zhí)行，當(dāng)遇到下一個stage并非空隊列，此時leader可以變成follower到此隊列中（注：follower的線程不可能變成leader）

 圖4: 二進(jìn)制日志三階段提交過程

在 Flush stage：所有已經(jīng)注冊線程都將寫入binary log緩存

在Sync stage ：binary log緩存的數(shù)據(jù)將會sync到磁盤，當(dāng)sync_binlog=1時所有該隊列事務(wù)的二進(jìn)制日志緩存永久寫入磁盤

在 Commit stage:leader根據(jù)順序調(diào)用存儲引擎提交事務(wù)。

當(dāng)一組事務(wù)在進(jìn)行Commit階段時，其他新的事務(wù)可以進(jìn)行Flush階段，從而使group commit不斷生效。那么為了提高group commit中一組隊列的事務(wù)數(shù)量，MySQL用binlog_max_flush_queue_time來控制在Flush stage中的等待時間，讓Flush隊列在此階段多等待一些時間來增加這一組事務(wù)隊列的數(shù)量使該隊列到Sync階段可以一次fysn()更多的事務(wù)。

MySQL 5.7 Parallel replication實現(xiàn)主備多線程復(fù)制基于主庫Binary Log Group Commit, 并在Binary log日志中標(biāo)識同一組事務(wù)的last_commited=N和該組事務(wù)內(nèi)所有的事務(wù)提交順序。為了增加一組事務(wù)內(nèi)的事務(wù)數(shù)量提高備庫組提交時的并發(fā)量引入了binlog_group_commit_sync_delay=N 和binlog_group_commit_sync_no_delay_count=N (注：binlog_max_flush_queue_time在MySQL的5.7.9及之后版本不再生效)參數(shù)，MySQL等待binlog_group_commit_sync_delay毫秒直到達(dá)到binlog_group_commit_sync_no_delay_count事務(wù)個數(shù)時，將進(jìn)行一次組提交。

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本文題目：MySQL并發(fā)復(fù)制系列一：binlog組提交-創(chuàng)新互聯(lián)
文章源于：http://chinadenli.net/article32/coiepc.html

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