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ARIES,數據恢復算法,萬變不離其宗...

來源: 責編: 時間:2024-07-05 09:07:16 1091觀看
導讀今天來聊兩個問題:如果緩沖池(buffer pool)滿了,哪些數據頁(page)要刷盤,哪些數據頁不刷盤?數據庫崩了,怎么利用檢查點(checkpoint)與預寫日志恢復數據?問題一:緩沖池滿時的刷盤策略首先來回顧一下《預寫日志WAL的核心思路...》中

今天來聊兩個問題:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 如果緩沖池(buffer pool)滿了,哪些數據頁(page)要刷盤,哪些數據頁不刷盤?
  • 數據庫崩了,怎么利用檢查點(checkpoint)與預寫日志恢復數據?

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問題一:緩沖池滿時的刷盤策略

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首先來回顧一下《預寫日志WAL的核心思路...》中相關的一些知識點:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 檢查點記錄了某一個時刻,緩沖池中所有數據頁的狀態信息;
  • 預寫日志(write-ahead logging,WAL)中記錄了,事務在執行過程中,對數據庫進行的所有寫操作;
  • 日志序列號(log sequence number,LSN),可以標識所有操作序列時序的依據;

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再來介紹兩個新的知識點:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

其一,在數據庫中,需要存儲一個信息:flushed-LSN:預寫日志已刷盤的最大LSN。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

畫外音:這是日志刷盤。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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其二,每個數據頁X,還要包含兩個信息:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • page-LSN:最近修改數據頁的LSN。畫外音:每一頁數據,都會存儲這個LSN。
  • rec-LSN:上次刷盤以來,最早修改數據頁的LSN。畫外音:每一頁數據,也會存儲這個LSN。

這是兩個邊界LSN。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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也就是說,在[rec-LSN, page-LSN]之間的所有操作,都將這一頁數據變成了臟數據。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

畫外音:這是數據頁刷盤。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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如果flushed-LSN >= page-LSN(X)Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

說明:我們可以將頁面X刷到磁盤上,因為在那之前的所有日志,都已經刷到了磁盤上。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

畫外音:這是WAL原則,先刷日志,才能刷數據。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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反之,如果flushed-LSN =< page-LSN(X)Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

說明:有些對數據頁X的操作,還沒有被刷到預寫日志磁盤上,此時我們不能將數據頁X刷到磁盤。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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如上圖例子所示,共有四個事務:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • T1,將A由1改為2;
  • T2,將A由2改為3;
  • T3,將A由3改為4;
  • T4,將A由4改為9;

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對于預寫日志來說:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • LSN 001-010都已經刷到磁盤上
  • LSN 011-013都還在WAL buffer里

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對于數據庫來說:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • flushed-LSN=10
  • 這是預寫日志已刷盤的最大LSN。

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對于數據頁X來說:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • page-LSN(X)=12
  • 數據buffer里,T4已經將A由4改為了9。

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此時,flushed-LSN =< page-LSN(X)Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

于是,我們不能將數據頁X刷到磁盤,因為預寫日志還沒有完成。我們只能刷盤其他數據頁,來騰出緩沖池的內存空間哈。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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問題二:數據庫崩潰時的數據恢復算法

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數據庫崩潰后,所有內存buffer(WAL buffer以及buffer pool)中的數據都會丟失,我們如何利用檢查點與預寫日志,對數據進行恢復呢?Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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最常見故障恢復(crash recovery)算法是ARIES,Algorithms for Recovery and Isolation Exploiting Semantics,語義恢復與隔離算法。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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這個算法的核心包含三個階段:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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階段一,分析階段:分析預寫日志,對事務進行分類。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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分析哪些預寫日志?Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

假設刷新檢查點日志的時刻是LSN,需要分析所有檢查點LSN之后的預寫日志。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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如何對事務進行分類?Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

從檢查點LSN開始,從前往后掃描預寫日志:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

  • 每條日志記錄對應事務Tx,將Tx加入undo-Tx集合;
  • 遇到<Ti, Commit>記錄,將Ti移出undo-Tx集合;

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階段二,Redo階段:重做檢查點LSN之后,預寫日志中的所有操作。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

從檢查點LSN開始,從前往后掃描預寫日志:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

遇到<Ti, update>記錄,修改檢查點中對應的數據頁X,將對應的數據進行修改,如此一來,就恢復到了數據庫崩潰前的緩沖池數據頁鏡像。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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這些數據頁能全部刷盤嗎?Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

不能,沒有提交的事務的操作,必須進行回滾。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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階段三,Undo階段:對于沒有提交的事務,恢復這些事務對數據頁的修改。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

從flushed-LSN開始,從后往前逆向掃描預寫日志,直到檢查點LSN:Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

遇到<Ti, update>記錄,如果Ti在undo-Tx集合中,就將對應的數據頁進行回滾修改,如此一來,所有未提交事務的修改,就進行了回滾。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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ARIES算法是數據恢復的典型算法,很多消息系統,存儲系統,事務系統對算法進行過效率改良,但其內核,萬變不離其宗。思路,比結論更重要。Rlr28資訊網——每日最新資訊28at.com

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