undo log与 redo log 原理分析

小灰灰 2021-08-30 12:34 333阅读 0赞

### undo log 与 redo log ###

*  0. 前言
 *  1. 简介
 *  2. undo log原理
 *  3. redo log 原理

# 0. 前言 #

一直不是很理解`redo`和`undo`的工作原理，恰好在看到知乎用户[张友东][Link 1]的这篇博客，讲的听清楚，故转载，在此鸣谢。

# 1. 简介 #

数据库通常借助日志来实现事务，常见的有`undo log`、`redo log`，`undo/redo log`都能保证事务特性，这里主要是原子性和持久性，即事务相关的操作，要么全做，要么不做，并且修改的数据能得到持久化。

假设数据库在操作时，按如下约定记录日志：

1. 事务开始时，记录START T
    2. 事务修改时，记录（T，x，v），说明事务T操作对象x，x的值为v 
    3. 事务结束时，记录COMMIT T

# 2. undo log原理 #

`undo log`是把所有没有`COMMIT`的事务回滚到事务开始前的状态，系统崩溃时，可能有些事务还没有`COMMIT`，在系统恢复时，这些没有`COMMIT`的事务就需要借助`undo log`来进行回滚。

使用`undo log`时，要求：

1. 记录修改日志时，(T，x，v）中v为x修改前的值，这样才能借助这条日志来回滚；
    2. 事务提交后，必须在事务的所有修改（包括记录的修改日志）都持久化后才能写COMMITT日志；
       这样才能保证，宕机恢复时，已经COMMIT的事务的所有修改都已经持久化，不需要回滚。

使用`undo log`时事务执行顺序

1. 记录START T 
    2. 记录需要修改的记录的旧值（要求持久化）
    3. 根据事务的需要更新数据库（要求持久化）
    4. 记录COMMIT T

使用`undo log`进行宕机回滚

1. 扫描日志，找出所有已经START,还没有COMMIT的事务。
    2. 针对所有未COMMIT的日志，根据undo log来进行回滚。

如果数据库访问很多，日志量也会很大，宕机恢复时，回滚的工作量也就很大，为了加快回滚，可以通过`checkpoint`机制来加速回滚。

1.  在日志中记录`checkpoint_start (T1,T2…Tn)` (`Tx`代表做`checkpoint`时，正在进行还未`COMMIT`的事务）
2.  等待所有正在进行的事务（`T1~Tn`）
3.  `COMMIT`在日志中记录`checkpoint_end`

借助`checkpoint`来进行回滚

从后往前，扫描undo log
    1，如果先遇到checkpoint_start, 则将checkpoint_start之后的所有未提交的事务进行回滚；
    2. 如果先遇到checkpoint_end, 则将前一个checkpoint_start之后所有未提交的事务进行回滚；
      （在checkpoint的过程中，可能有很多新的事务START或者COMMIT)。

使用`undo log`，在写`COMMIT`日志时，要求`redo log`以及事务的所有修改都必须已经持久化，这种做法通常很影响性能。

# 3. redo log 原理 #

`redo log`是指在回放日志的时候把已经`COMMIT`的事务重做一遍，对于没有`commit`的事务按照`abort`处理，不进行任何操作。

使用`redo log`时，要求：

1. 记录redo log时，(T,x，v）中的v必须是x修改后的值，否则不能通过redo log来恢复已经COMMIT的事务。
    2. 写COMMIT T日志之前，事务的修改不能进行持久化，否则恢复时，对于未COMMIT的操作，可能有数据已经修改，
       但重放redo log不会对该事务做任何处理，从而不能保证事务的原子性。

使用`redo log`时事务执行顺序

1. 记录START T
    2. 记录事务需要修改记录的新值（要求持久化）
    3. 记录COMMIT T（要求持久化）
    4. 将事务相关的修改写入数据库

使用`redo log`重做事务

1. 扫描日志，找到所有已经COMMIT的事务；
    2. 对于已经COMMIT的事务，根据redo log重做事务；

在日志中使用`checkpoint`

1. 在日志中记录checkpoint_start (T1,T2...Tn) (Tx代表做checkpoint时，正在进行还未COMMIT的日志）
    2. 将所有已提交的事务的更改进行持久化；
    3. 在日志中记录checkpoint_end

根据`checkpoint`来加速恢复

从后往前，扫描redo log
    1，如果先遇到checkpoint_start, 则把T1~Tn以及checkpoint_start之后的所有已经COMMIT的事务进行重做；
    2. 如果先遇到checkpoint_end, 则T1~Tn以及前一个checkpoint_start之后所有已经COMMIT的事务进行重做；

与`undo log`类似，在使用时对持久化以及事务操作顺序的要求都比较高，可以将两者结合起来使用，在恢复时，对于已经`COMMIT`的事务使用`redo log`进行重做，对于没有`COMMIT`的事务，使用`undo log`进行回滚。`redo/undo log`结合起来使用时，要求同时记录操作修改前和修改后的值，如`（T，x，v，w）`，`v`为`x`修改前的值，`w`为`x`修改后的值，具体操作顺序为：

1. 记录START T
    2. 记录修改日志（T，x，v，w）（要求持久化，其中v用于undo，w用于redo）
    3. 更新数据库
    4. 记录 COMMIT T

`4`和`3`的操作顺序没有严格要求，并且都不要求持久化；因为如果宕机时`4`已经持久化，则恢复时可通过`redo log`来重做；如果宕机时`4`未持久化，则恢复时可通过`undo log`来回滚；在处理`checkpoint`时，可采用与`redo log`相同的处理方式。

[Link 1]: https://www.zhihu.com/people/zhangyoudong