超详细的MySQL数据库InnoDB崩溃恢复机制总结

超详细的MySQL数据库InnoDB崩溃恢复机制总结

概述

数据库系统与文件系统大的区别在于数据库能保证操作的原子性，一个操作要么不做要么都做，即使在数据库宕机的情况下，也不会出现操作一半的情况，这个就需要数据库的日志和一套完善的崩溃恢复机制来保证。下面简单介绍一下InnoDB的崩溃恢复流程。

相关概念

lsn: 可以理解为数据库从创建以来产生的redo日志量，这个值越大，说明数据库的更新越多，也可以理解为更新的时刻。此外，每个数据页上也有一个lsn，表示最后被修改时的lsn，值越大表示越晚被修改。比如，数据页A的lsn为100，数据页B的lsn为200，checkpoint lsn为150，系统lsn为300，表示当前系统已经更新到300，小于150的数据页已经被刷到磁盘上，因此数据页A的最新数据一定在磁盘上，而数据页B则不一定，有可能还在内存中。

redo日志: 现代数据库都需要写redo日志，例如修改一条数据，首先写redo日志，然后再写数据。在写完redo日志后，就直接给客户端返回成功。这样虽然看过去多写了一次盘，但是由于把对磁盘的随机写入(写数据)转换成了顺序的写入(写redo日志)，性能有很大幅度的提高。当数据库挂了之后，通过扫描redo日志，就能找出那些没有刷盘的数据页(在崩溃之前可能数据页仅仅在内存中修改了，但是还没来得及写盘)，保证数据不丢。

undo日志: 数据库还提供类似撤销的功能，当你发现修改错一些数据时，可以使用rollback指令回滚之前的操作。这个功能需要undo日志来支持。此外，现代的关系型数据库为了提高并发(同一条记录，不同线程的读取不冲突，读写和写读不冲突，只有同时写才冲突)，都实现了类似MVCC的机制，在InnoDB中，这个也依赖undo日志。为了实现统一的管理，与redo日志不同，undo日志在Buffer Pool中有对应的数据页，与普通的数据页一起管理，依据LRU规则也会被淘汰出内存，后续再从磁盘读取。与普通的数据页一样，对undo页的修改，也需要先写redo日志。

检查点: 英文名为checkpoint。数据库为了提高性能，数据页在内存修改后并不是每次都会刷到磁盘上。checkpoint之前的数据页保证一定落盘了，这样之前的日志就没有用了(由于InnoDB redolog日志循环使用，这时这部分日志就可以被覆盖)，checkpoint之后的数据页有可能落盘，也有可能没有落盘，所以checkpoint之后的日志在崩溃恢复的时候还是需要被使用的。InnoDB会依据脏页的刷新情况，定期推进checkpoint，从而减少数据库崩溃恢复的时间。检查点的信息在第一个日志文件的头部。

崩溃恢复: 用户修改了数据，并且收到了成功的消息，然而对数据库来说，可能这个时候修改后的数据还没有落盘，如果这时候数据库挂了，重启后，数据库需要从日志中把这些修改后的数据给捞出来，重新写入磁盘，保证用户的数据不丢。这个从日志中捞数据的过程就是崩溃恢复的主要任务，也可以成为数据库前滚。当然，在崩溃恢复中还需要回滚没有提交的事务，提交没有提交成功的事务。由于回滚操作需要undo日志的支持，undo日志的完整性和可靠性需要redo日志来保证，所以崩溃恢复先做redo前滚，然后做undo回滚。

数据库崩溃恢复过程

下面看一下数据库崩溃恢复过程。整个过程都在引擎初始化阶段完成(innobase_init)，其中最主要的函数是innobase_start_or_create_for_mysql，innodb通过这个函数完成创建和初始化，包括崩溃恢复。首先来介绍一下数据库的前滚。

崩溃恢复相关参数解析

1、innodb_fast_shutdown:

innodb_fast_shutdown = 0。这个表示在MySQL关闭的时候，执行slow shutdown，不但包括日志的刷盘，数据页的刷盘，还包括数据的清理(purge)，ibuf的合并，buffer pool dump以及lazy table drop操作(如果表上有未完成的操作，即使执行了drop table且返回成功了，表也不一定立刻被删除)。 innodb_fast_shutdown = 1。这个是默认值，表示在MySQL关闭的时候，仅仅把日志和数据刷盘。 innodb_fast_shutdown = 2。这个表示关闭的时候，仅仅日志刷盘，其他什么都不做，就好像MySQL crash了一样。 这个参数值越大，MySQL关闭的速度越快，但是启动速度越慢，相当于把关闭时候需要做的工作挪到了崩溃恢复上。另外，如果MySQL要升级，建议使用第一种方式进行一次干净的shutdown。

2、innodb_force_recovery

这个参数主要用来控制InnoDB启动时候做哪些工作，数值越大，做的工作越少，启动也更加容易，但是数据不一致的风险也越大。当MySQL因为某些不可控的原因不能启动时，可以设置这个参数，从1开始逐步递增，知道MySQL启动，然后使用SELECT INTO OUTFILE把数据导出，尽最大的努力减少数据丢失。 innodb_force_recovery = 0。这个是默认的参数，启动的时候会做所有的事情，包括redo日志应用，undo日志回滚，启动后台master和purge线程，ibuf合并。检测到了数据页损坏了，如果是系统表空间的，则会crash，用户表空间的，则打错误日志。

innodb_force_recovery = 3。除了设置2之后的操作不会运行，undo回滚数据库也不会进行，但是回滚段依然会被扫描，undo链表也依然会被创建(trx_sys_init_at_db_start)。srv_read_only_mode会被打开。

innodb_force_recovery = 4。除了设置3之后的操作不会运行，ibuf的操作也不会运行(ibuf_merge_or_delete_for_page)，表信息统计的线程也不会运行(因为一个坏的索引页会导致数据库崩溃)(info_low、dict_stats_update等)。从这个选项开始，之后的所有选项，都会损坏数据，慎重使用。

innodb_force_recovery = 5。除了设置4之后的操作不会运行，回滚段也不会被扫描(recv_recovery_rollback_active)，undo链表也不会被创建，这个主要用在undo日志被写坏的情况下。

innodb_force_recovery = 6。除了设置5之后的操作不会运行，数据库前滚操作也不会进行，包括解析和应用(recv_recovery_from_checkpoint_start_func)。

总结

InnoDB实现了一套完善的崩溃恢复机制，保证在任何状态下(包括在崩溃恢复状态下)数据库挂了，都能正常恢复，这个是与文件系统最大的差别。

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