MySQL--Double Write

2018/06/27 22:06
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目前大部分服务器使用4K或512B来格式化磁盘,而Innodb存储引擎使用默认16K的数据页,在写入16KB数据页时,可能存在页面部分数据写入到磁盘便发生宕机的情况,该问题被称为部分写失效(Partial page write)。虽然Innodb存储引擎提供redo log来保证事务ACID特性和数据库宕机恢复,但redo log中存放的是页面的物理操作,而非页面的数据,因此无法利用redo log来解决部分写失效的问题。

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为避免部分写失效问题,MySQL引入double write特性,即在刷新脏页过程中,先使用memcopy把脏页数据复制到内存的double write buffer,然后先将1MB数据写到共享表空间,最后调用fsync来将数据写到磁盘,分两次写操作来将脏页刷新到磁盘。
1、如果在脏页写入到共享表空间时发生宕机,那么数据库在磁盘上的数据页面未受破坏,可以通过redo log来恢复到宕机前的状态。
2、如果在脏页写入到数据库在磁盘对应的页面时发生宕机,那么由于共享表空间中有最新数据,可以通过该数据来恢复,然后再根据redo log来恢复。

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MySQL在共享表空间(system tablespace)中存在2M的空间,分为2个单元功128个数据页,主要分为两类操作:
1、批量刷新脏页:该类操作由后台线程发起,不会影响前台操作,属于异步写操作,使用128个数据页中的120个。
2、Single Page Flash:该类操作由用户线程发起,在只有在Buffer pool中的free page不够时触发,需要尽快刷新脏页以替换出空闲页面,属于同步写操作,使用128个数据页中的8个。

在MySQL的提供两个状态值来展示脏页刷新情况:
1、Innodb_dblwr_pages_written :刷新到磁盘的脏页总数
2、Innodb_dblwr_writes:刷新脏页的次数

在Buffer pool够用时,MySQL主要通过批量刷新方式来完成写脏页操作,而批量刷新每次刷新64个脏页(1MB)到磁盘,因此Innodb_dblwr_pages_written:Innodb_dblwr_writes的比值远远低于61:1时,表明系统压力较低。

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Double Write影响
由于Double Write写共享表空间时是顺序写操作,且将脏页从double write buffer中写到正在的物理磁盘时,系统自动合并相邻的脏页,实现一次刷新多个脏页,因此Double Write对影响影响较小,Percona测试发现约影响5%的性能。

对于SDD硬盘,Double Write会增加磁盘磨损。

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Mariadb/MySQL的改进
引入Double Write特性是为解决部分写失效问题,最根本原因是16KB的数据页无法原子写入到磁盘,但如果使用FusionIO/DirectFS文件系统时,可以获得原子写特性。
在Mariadb中使用innodb_use_atomic_writes来控制原子写行为,当该开始开启时,如果启动时检查到支持atomic write时,会自动关闭掉double write特性。
在MySQL 5.7版本中同样支持FusionIO的Atomic Write特性,对于支持原子写的文件系统,会自动关闭double write特性。

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Facebook改进
由于服务器宕机并导致部分写失效问题的概率较低,于是Facebook提供选项来关闭DoubleWrite特性,仅在刷新Page的过程前记录要刷新Page号,服务器宕机恢复时,根据这些Page号读取出相关页面根据checksum检查是否存在页面损坏,如果损坏则通过从库或备份来恢复数据。

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Percona 5.7版本改进
在Percona 5.7版本中,将Double Write Buffer扩展到每个Buffer Pool中,按照每个Buffer Pool的lru链表来进行脏页刷新,提升刷新效率。

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摘抄自:
https://m.aliyun.com/yunqi/articles/80423
https://yq.aliyun.com/articles/50627
http://stor.51cto.com/art/201804/570942.htm

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