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MySQL双写缓冲区(Doublewrite Buffer)

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    • 摘要
    • 为什么需要Doublewrite Buffer
    • Doublewrite Buffer原理
    • Doublewrite Buffer相关参数
    • 总结

摘要

InnoDB是MySQL中一种常用的事务性存储引擎,它具有很多优秀的特性。其中,Doublewrite Buffer是InnoDB的一个重要特性之一,本文将介绍Doublewrite Buffer的原理和应用。

为什么需要Doublewrite Buffer

我们常见的服务器一般都是Linux操作系统,Linux文件系统页(OS Page)的大小默认是4KB。而MySQL的页(Page)大小默认是16KB。

可以使用如下命令查看MySQL的Page大小:

SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_page_size';

一般情况下,其余程序因为需要跟操作系统交互,它们的页(Page)都会大于等于操作系统的页大小,为整数倍。比如,Oracle的Page大小为8KB。

MySQL程序是跑在Linux操作系统上的,需要跟操作系统交互,所以MySQL中一页数据刷到磁盘,要写4个文件系统里的页。

需要注意的是,这个操作并非原子操作,比如我操作系统写到第二个页的时候,Linux机器断电了,这时候就会出现问题了。造成”页数据损坏“。并且这种”页数据损坏“靠 redo日志是无法修复的

重做日志中记录的是对页的物理操作,而不是页面的全量记录,而如果发生partial page write(部分页写入)问题时,出现问题的是未修改过的数据,此时重做日志(Redo Log)无能为力。写doublewrite buffer成功了,这个问题就不用担心了

Doublewrite Buffer的出现就是为了解决上面的这种情况,虽然名字带了Buffer,但实际上Doublewrite Buffer是内存+磁盘的结构。

Doublewrite Buffer是一种特殊文件flush技术,带给InnoDB存储引擎的是数据页的可靠性。它的作用是,在把页写到数据文件之前,InnoDB先把它们写到一个叫doublewrite buffer(双写缓冲区)的共享表空间内,在写doublewrite buffer完成后,InnoDB才会把页写到数据文件的适当的位置。如果在写页的过程中发生意外崩溃,InnoDB在稍后的恢复过程中在doublewrite buffer中找到完好的page副本用于恢复。

Doublewrite Buffer原理

如上图所示,当有页数据要刷盘时:

  1. 页数据先通过memcpy函数拷贝至内存中的Doublewrite Buffer中;

  2. Doublewrite Buffer的内存里的数据页,会fsync刷到Doublewrite Buffer的磁盘上,分两次写入磁盘共享表空间中(连续存储,顺序写,性能很高),每次写1MB;

  3. Doublewrite Buffer的内存里的数据页,再刷到数据磁盘存储.ibd文件上(离散写);

Doublewrite Buffer内存结构由128个页(Page)构成,大小是2MB。

Doublewrite Buffer磁盘结构在系统表空间上是128个页(2个区,extend1和extend2),大小是2MB。

如果操作系统在将页写入磁盘的过程中发生了崩溃,在恢复过程中,InnoDB存储引擎可以从共享表空间中的Double write中找到该页的一个副本,将其复制到表空间文件,再应用重做日志

MySQL会检查double writer的数据的完整性,如果不完整直接丢弃double write buffer内容,重新执行那条redo log,如果double write buffer的数据是完整的,用double writer buffer的数据更新该数据页,跳过该redo log。

所以在正常的情况下,MySQL写数据页时,会写两遍到磁盘上,第一遍是写到doublewrite buffer,第二遍是写到真正的数据文件中,这就是“Doublewrite”的由来。

在数据库异常关闭的情况下启动时,都会做数据库恢复(redo)操作,恢复的过程中,数据库都会检查页面是不是合法(校验等等),如果发现一个页面校验结果不一致,则此时会用到双写这个功能。

我们可以通过如下命令来监控Doublewrite Buffer工作负载:

mysql> show global status like '%dblwr%';

Doublewrite Buffer相关参数

  • innodb_doublewrite:Doublewrite Buffer是否启用开关,默认是开启状态,InnoDB将所有数据存储两次,首先到双写缓冲区,然后到实际数据文件。
  • Innodb_dblwr_pages_written:记录写入到DWB中的页数量。
  • Innodb_dblwr_writes:记录DWB写操作的次数。

总结

InnoDB Doublewrite Buffer是InnoDB的一个重要特性,用于保证MySQL数据的可靠性和一致性。它的实现原理是通过将要写入磁盘的数据先写入到Doublewrite Buffer中的内存缓存区域,然后再写入到磁盘的两个不同位置,来避免由于磁盘损坏等因素导致数据丢失或不一致的问题。Doublewrite Buffer对于保证MySQL数据的安全性和一致性具有重要意义。

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