原文: http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzAxNjAzMTQyMA==&mid=209773318&idx=1&sn=e9600d3db80ba3a3811a6e672d08aded&scene=1&srcid=10132stoFdOVIDasHsVOlGzR&key=2877d24f51fa53848e3b6d036cca266f7f31c08154ea4286ecc5cd73ea382806ef4ed0b4431d5b1c2e74d11b43a1815a&ascene=0&uin=Mjk1ODMyNTYyMg%3D%3D&devicetype=iMac+MacBookPro11%2C4+OSX+OSX+10.11+build(15A284)&version=11020201&pass_ticket=arNrQT6cCQuwOIGtmblNyqDr0Ft81AyT7cWa7HHUOK1lFPgxXHS%2Brs65tOnMLmzk
MySQL · 性能优化· Group Commit优化
背景
关于Group Commit网上的资料其实已经足够多了,我这里只简单的介绍一下。
众所周知,在MySQL5.6之前的版本,由于引入了Binlog/InnoDB的XA,Binlog的写入和InnoDB commit完全串行化执行,大概的执行序列如下:
InnoDB prepare (持有prepare_commit_mutex); write/sync Binlog; InnoDB commit (写入COMMIT标记后释放prepare_commit_mutex)。
当sync_binlog=1时,很明显上述的第二步会成为瓶颈,而且还是持有全局大锁,这也是为什么性能会急剧下降。
很快Mariadb就提出了一个Binlog Group Commit方案,即在准备写入Binlog时,维持一个队列,最早进入队列的是leader,后来的是follower,leader为搜集到的队列中的线程依次写Binlog文件, 并commit事务。Percona 的Group Commit实现也是Port自Mariadb。不过仍在使用Percona Server5.5的朋友需要注意,该Group Commit实现可能破坏掉Semisync的行为,感兴趣的点击 bug#1254571
Oracle MySQL 在5.6版本开始也支持Binlog Group Commit,使用了和Mariadb类似的思路,但将Group Commit的过程拆分成了三个阶段:flush stage 将各个线程的binlog从cache写到文件中; sync stage 对binlog做fsync操作(如果需要的话);commit stage 为各个线程做引擎层的事务commit。每个stage同时只有一个线程在操作。
Tips:当引入Group Commit后,sync_binlog的含义就变了,假定设为1000,表示的不是1000个事务后做一次fsync,而是1000个事务组。
Oracle MySQL的实现的优势在于三个阶段可以并发执行,从而提升效率。
XA Recover
在Binlog打开的情况下,MySQL默认使用MySQL_BIN_LOG来做XA协调者,大致流程为:
1.扫描最后一个Binlog文件,提取其中的xid;
2.InnoDB维持了状态为Prepare的事务链表,将这些事务的xid和Binlog中记录的xid做比较,如果在Binlog中存在,则提交,否则回滚事务。
通过这种方式,可以让InnoDB和Binlog中的事务状态保持一致。显然只要事务在InnoDB层完成了Prepare,并且写入了Binlog,就可以从崩溃中恢复事务,这意味着我们无需在InnoDB commit时显式的write/fsync redo log。
Tips:MySQL为何只需要扫描最后一个Binlog文件呢 ? 原因是每次在rotate到新的Binlog文件时,总是保证没有正在提交的事务,然后fsync一次InnoDB的redo log。这样就可以保证老的Binlog文件中的事务在InnoDB总是提交的。
问题
其实问题很简单:每个事务都要保证其Prepare的事务被write/fsync到redo log文件。尽管某个事务可能会帮助其他事务完成redo 写入,但这种行为是随机的,并且依然会产生明显的log_sys->mutex开销。
优化
从XA恢复的逻辑我们可以知道,只要保证InnoDB Prepare的redo日志在写Binlog前完成write/sync即可。因此我们对Group Commit的第一个stage的逻辑做了些许修改,大概描述如下:
Step1. InnoDB Prepare,记录当前的LSN到thd中;
Step2. 进入Group Commit的flush stage;Leader搜集队列,同时算出队列中最大的LSN。
Step3. 将InnoDB的redo log write/fsync到指定的LSN
Step4. 写Binlog并进行随后的工作(sync Binlog, InnoDB commit , etc)
通过延迟写redo log的方式,显式的为redo log做了一次组写入,并减少了log_sys->mutex的竞争。
目前官方MySQL已经根据我们report的bug#73202锁提供的思路,对5.7.6的代码进行了优化,对应的Release Note如下:
When using InnoDB with binary logging enabled, concurrent transactions written in the InnoDB redo log are now grouped together before synchronizing to disk when innodb_flush_log_at_trx_commit is set to 1, which reduces the amount of synchronization operations. This can lead to improved performance.
性能数据
简单测试了下,使用sysbench, update_non_index.lua, 100张表,每张10w行记录,innodb_flush_log_at_trx_commit=2, sync_binlog=1000,关闭Gtid
并发线程 原生 修改后 32 25600 27000 64 30000 35000 128 33000 39000 256 29800 38000
MySQL · 新增特性· DDL fast fail
背景
项目的快速迭代开发和在线业务需要保持持续可用的要求,导致MySQL的ddl变成了DBA很头疼的事情,而且经常导致故障发生。本篇介绍RDS分支上做的一个功能改进,DDL fast fail。主要解决:DDL操作因为无法获取MDL排它锁,进入等待队列的时候,阻塞了应用所有的读写请求问题。
MDL锁机制介绍
首先介绍一下MDL(METADATA LOCK)锁机制,MySQL为了保证表结构的完整性和一致性,对表的所有访问都需要获得相应级别的MDL锁,比如以下场景:
session 1: start transaction; select * from test.t1;
session 2: alter table test.t1 add extra int;
session 3: select * from test.t1;
- 1. session 1对t1表做查询,首先需要获取t1表的MDL_SHARED_READ级别MDL锁。锁一直持续到commit结束,然后释放。
- 2. session 2对t1表做DDL,需要获取t1表的MDL_EXCLUSIVE级别MDL锁,因为MDL_SHARED_READ与MDL_EXCLUSIVE不相容,所以session 2被session 1阻塞,然后进入等待队列。
- 3. session 3对t1表做查询,因为等待队列中有MDL_EXCLUSIVE级别MDL锁请求,所以session3也被阻塞,进入等待队列。
这种场景就是目前因为MDL锁导致的很经典的阻塞问题,如果session1长时间未提交,或者查询持续过长时间,那么后续对t1表的所有读写操作,都被阻塞。 对于在线的业务来说,很容易导致业务中断。
aliyun RDS分支改进
DDL fast fail并没有解决真正DDL过程中的阻塞问题,但避免了因为DDL操作没有获取锁,进而导致业务其他查询/更新语句阻塞的问题。
其实现方式如下:
alter table test.t1 no_wait/wait 1 add extra int;
在ddl语句中,增加了no_wait/wait 1语法支持。
其处理逻辑如下:
首先尝试获取t1表的MDL_EXCLUSIVE级别的MDL锁:
- 1. 当语句指定的是no_wait,如果获取失败,客户端将得到报错信息:ERROR : Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction。
- 2. 当语句指定的是wait 1,如果获取失败,最多等待1s,然后得到报错信息:ERROR : Lock wait timeout exceeded; try restarting transaction。
另外,除了alter语句以外,还支持rename,truncate,drop,optimize,create index等ddl操作。
与Oracle的比较
在Oracle 10g的时候,DDL操作经常会遇到这样的错误信息:
ora-00054:resource busy and acquire with nowait specified 即DDL操作无法获取表上面的排它锁,而fast fail。
其实DDL获取排他锁的设计,需要考虑的就是两个问题:
- 雪崩,如果你采用排队阻塞的机制,那么DDL如果长时间无法获取锁,就会导致应用的雪崩效应,对于高并发的业务,也是灾难。
- 饿死,如果你采用强制式的机制,那么要防止DDL一直无法获取锁的情况,在业务高峰期,可能DDL永远无法成功。
在Oracle 11g的时候,引入了DDL_LOCK_TIMEOUT参数,如果你设置了这个参数,那么DDL操作将使用排队阻塞模式,可以在session和global级别设置, 给了用户更多选择。
MySQL · 性能优化· 启用GTID场景的性能问题及优化
背景
MySQL从5.6版本开始支持GTID特性,也就是所谓全局事务ID,在整个复制拓扑结构内,每个事务拥有自己全局唯一标识。GTID包含两个部分,一部分是实例的UUID,另一部分是实例内递增的整数。
GTID的分配包含两种方式,一种是自动分配,另外一种是显式设置session.gtid_next,下面简单介绍下这两种方式:
自动分配
如果没有设置session级别的变量gtid_next,所有事务都走自动分配逻辑。分配GTID发生在GROUP COMMIT的第一个阶段,也就是flush stage,大概可以描述为:
- Step 1:事务过程中,碰到第一条DML语句需要记录Binlog时,分配一段Gtid事件的cache,但不分配实际的GTID
- Step 2:事务完成后,进入commit阶段,分配一个GTID并写入Step1预留的Gtid事件中,该GTID必须保证不在gtid_owned集合和gtid_executed集合中。 分配的GTID随后被加入到gtid_owned集合中。
- Step 3:将Binlog 从线程cache中刷到Binlog文件中。
- Step 4:将GTID加入到gtid_executed集合中。
- Step 5:在完成sync stage 和commit stage后,各个会话将其使用的GTID从gtid_owned中移除。
显式设置
用户通过设置session级别变量gtid_next可以显式指定一个GTID,流程如下:
- Step 1:设置变量gtid_next,指定的GTID被加入到gtid_owned集合中。
- Step 2:执行任意事务SQL,在将binlog从线程cache刷到binlog文件后,将GTID加入到gtid_executed集合中。
- Step 3:在完成事务COMMIT后,从gtid_owned中移除。
备库SQL线程使用的就是第二种方式,因为备库在apply主库的日志时,要保证GTID是一致的,SQL线程读取到GTID事件后,就根据其中记录的GTID来设置其gtid_next变量。
问题
由于在实例内,GTID需要保证唯一性,因此不管是操作gtid_executed集合和gtid_owned集合,还是分配GTID,都需要加上一个大锁。我们的优化主要集中在第一种GTID分配方式。
对于GTID的分配,由于处于Group Commit的第一个阶段,由该阶段的leader线程为其follower线程分配GTID及刷Binlog,因此不会产生竞争。
而在Step 5,各个线程在完成事务提交后,各自去从gtid_owned集合中删除其使用的gtid。这时候每个线程都需要获取互斥锁,很显然,并发越高,这种竞争就越明显,我们很容易从pt-pmp输出中看到如下类似的trace:
ha_commit_trans—>MySQL_BIN_LOG::commit—>MySQL_BIN_LOG::ordered_commit—>MySQL_BIN_LOG::finish_commit—>Gtid_state::update_owned_gtids_impl—>lock_sidno
这同时也会影响到GTID的分配阶段,导致TPS在高并发场景下的急剧下降。
解决
实际上对于自动分配GTID的场景,并没有必要维护gtid_owned集合。我们的修改也非常简单,在自动分配一个GTID后,直接加入到gtid_executed集合中,避免维护gtid_owned,这样事务提交时就无需去清理gtid_owned集合了,从而可以完全避免锁竞争。
当然为了保证一致性,如果分配GTID后,写入Binlog文件失败,也需要从gtid_executed集合中删除。不过这种场景非常罕见。
性能数据
使用sysbench,100张表,每张10w行记录,update_non_index.lua,纯内存操作,innodb_flush_log_at_trx_commit = 2,sync_binlog = 1000
并发线程 原生 修改后 32 24500 25000 64 27900 29000 128 30800 31500 256 29700 32000 512 29300 31700 1024 27000 31000
从测试结果可以看到,优化前随着并发上升,性能出现下降,而优化后则能保持TPS稳定。
MySQL · 捉虫动态· InnoDB自增列重复值问题
问题重现
先从问题入手,重现下这个 bug
use test; drop table if exists t1; create table t1(id int auto_increment, a int, primary key (id)) engine=innodb; insert into t1 values (1,2); insert into t1 values (null,2); insert into t1 values (null,2); select * from t1; +----+------+ | id | a | +----+------+ | 1 | 2 | | 2 | 2 | | 3 | 2 | +----+------+ delete from t1 where id=2; delete from t1 where id=3; select * from t1; +----+------+ | id | a | +----+------+ | 1 | 2 | +----+------+
这里我们关闭MySQL,再启动MySQL,然后再插入一条数据
insert into t1 values (null,2); select * FROM T1; +----+------+ | id | a | +----+------+ | 1 | 2 | +----+------+ | 2 | 2 | +----+------+
我们看到插入了(2,2),而如果我没有重启,插入同样数据我们得到的应该是(4,2)。 上面的测试反映了MySQLd重启后,InnoDB存储引擎的表自增id可能出现重复利用的情况。
自增id重复利用在某些场景下会出现问题。依然用上面的例子,假设t1有个历史表t1_history用来存t1表的历史数据,那么MySQLd重启前,ti_history中可能已经有了(2,2)这条数据,而重启后我们又插入了(2,2),当新插入的(2,2)迁移到历史表时,会违反主键约束。
原因分析
InnoDB 自增列出现重复值的原因:
MySQL> show create table t1\G; *************************** 1. row *************************** Table: t1 Create Table: CREATE TABLE `t1` ( `id` int(11) NOT NULL AUTO_INCREMENT, `a` int(11) DEFAULT NULL, PRIMARY KEY (`id`) ) ENGINE=innodb AUTO_INCREMENT=4 DEFAULT CHARSET=utf8 1 row in set (0.00 sec)
建表时可以指定 AUTO_INCREMENT值,不指定时默认为1,这个值表示当前自增列的起始值大小,如果新插入的数据没有指定自增列的值,那么自增列的值即为这个起始值。对于InnoDB表,这个值没有持久到文件中。而是存在内存中(dict_table_struct.autoinc)。那么又问,既然这个值没有持久下来,为什么我们每次插入新的值后, show create table t1看到AUTO_INCREMENT值是跟随变化的。其实show create table t1是直接从dict_table_struct.autoinc取得的(ha_innobase::update_create_info)。
知道了AUTO_INCREMENT是实时存储内存中的。那么,MySQLd 重启后,从哪里得到AUTO_INCREMENT呢? 内存值肯定是丢失了。实际上MySQL采用执行类似select max(id)+1 from t1;方法来得到AUTO_INCREMENT。而这种方法就是造成自增id重复的原因。
MyISAM自增值
MyISAM也有这个问题吗?MyISAM是没有这个问题的。myisam会将这个值实时存储在.MYI文件中(mi_state_info_write)。MySQLd重起后会从.MYI中读取AUTO_INCREMENT值(mi_state_info_read)。因此,MyISAM表重启是不会出现自增id重复的问题。
问题修复
MyISAM选择将AUTO_INCREMENT实时存储在.MYI文件头部中。实际上.MYI头部还会实时存其他信息,也就是说写AUTO_INCREMENT只是个顺带的操作,其性能损耗可以忽略。InnoDB 表如果要解决这个问题,有两种方法。
1)将AUTO_INCREMENT最大值持久到frm文件中。
2)将 AUTO_INCREMENT最大值持久到聚集索引根页trx_id所在的位置。
第一种方法直接写文件性能消耗较大,这是一额外的操作,而不是一个顺带的操作。我们采用第二种方案。为什么选择存储在聚集索引根页页头trx_id,页头中存储trx_id,只对二级索引页和insert buf 页头有效(MVCC)。而聚集索引根页页头trx_id这个值是没有使用的,始终保持初始值0。正好这个位置8个字节可存放自增值的值。我们每次更新AUTO_INCREMENT值时,同时将这个值修改到聚集索引根页页头trx_id的位置。 这个写操作跟真正的数据写操作一样,遵守write-ahead log原则,只不过这里只需要redo log ,而不需要undo log。因为我们不需要回滚AUTO_INCREMENT的变化(即回滚后自增列值会保留,即使insert 回滚了,AUTO_INCREMENT值不会回滚)。
因此,AUTO_INCREMENT值存储在聚集索引根页trx_id所在的位置,实际上是对内存根页的修改和多了一条redo log(量很小),而这个redo log 的写入也是异步的,可以说是原有事务log的一个顺带操作。因此AUTO_INCREMENT值存储在聚集索引根页这个性能损耗是极小的。
修复后的性能对比,我们新增了全局参数innodb_autoinc_persistent 取值on/off; on 表示将AUTO_INCREMENT值实时存储在聚集索引根页。off则采用原有方式只存储在内存。
./bin/sysbench --test=sysbench/tests/db/insert.lua --MySQL-port=4001 --MySQL-user=root \--MySQL-table-engine=innodb --MySQL-db=sbtest --oltp-table-size=0 --oltp-tables-count=1 \--num-threads=100 --MySQL-socket=/u01/zy/sysbench/build5/run/MySQL.sock --max-time=7200 --max-requests run set global innodb_autoinc_persistent=off; tps: 22199 rt:2.25ms set global innodb_autoinc_persistent=on; tps: 22003 rt:2.27ms
可以看出性能损耗在%1以下。
改进
新增参数innodb_autoinc_persistent_interval 用于控制持久化AUTO_INCREMENT值的频率。例如:innodb_autoinc_persistent_interval=100,auto_incrememt_increment=1时,即每100次insert会控制持久化一次AUTO_INCREMENT值。每次持久的值为:当前值+innodb_autoinc_persistent_interval。
测试结论
innodb_autoinc_persistent=ON, innodb_autoinc_persistent_interval=1时性能损耗在%1以下。
innodb_autoinc_persistent=ON, innodb_autoinc_persistent_interval=100时性能损耗可以忽略。
限制
- innodb_autoinc_persistent=on, innodb_autoinc_persistent_interval=N>1时,自增N次后持久化到聚集索引根页,每次持久的值为当前AUTO_INCREMENT+(N-1)*innodb_autoextend_increment。重启后读取持久化的AUTO_INCREMENT值会偏大,造成一些浪费但不会重复。innodb_autoinc_persistent_interval=1 每次都持久化没有这个问题。
- 如果innodb_autoinc_persistent=on,频繁设置auto_increment_increment的可能会导致持久化到聚集索引根页的值不准确。因为innodb_autoinc_persistent_interval计算没有考虑auto_increment_increment变化的情况,参看dict_table_autoinc_update_if_greater。而设置auto_increment_increment的情况极少,可以忽略。
注意:如果我们使用需要开启innodb_autoinc_persistent,应该在参数文件中指定
innodb_autoinc_persistent= on
如果这样指定set global innodb_autoinc_persistent=on;重启后将不会从聚集索引根页读取AUTO_INCREMENT最大值。
疑问:对于InnoDB表,重启通过select max(id)+1 from t1得到AUTO_INCREMENT值,如果id上有索引那么这个语句使用索引查找就很快。那么,这个可以解释MySQL 为什么要求自增列必须包含在索引中的原因。 如果没有指定索引,则报如下错误,
ERROR 1075 (42000): Incorrect table definition; there can be only one auto column and it must be defined as a key 而myisam表竟然也有这个要求,感觉是多余的。
MySQL · 优化改进· 复制性能改进过程
前言
与oracle 不同,MySQL 的主库与备库的同步是通过 binlog 实现的,而redo日志只做为MySQL 实例的crash recovery使用。MySQL在4.x 的时候放弃redo 的同步策略而引入 binlog的同步,一个重要原因是为了兼容其它非事务存储引擎,否则主备同步是没有办法进行的。
redo 日志同步属于物理同步方法,简单直接,将修改的物理部分传送到备库执行,主备共用一致的 LSN,只要保证 LSN 相同即可,同一时刻,只能主库或备库一方接受写请求; binlog的同步方法属于逻辑复制,分为statement 或 row 模式,其中statement记录的是SQL语句,Row 模式记录的是修改之前的记录与修改之后的记录,即前镜像与后镜像;备库通过binlog dump 协议拉取binlog,然后在备库执行。如果拉取的binlog是SQL语句,备库会走和主库相同的逻辑,如果是row 格式,则会调用存储引擎来执行相应的修改。
本文简单说明5.5到5.7的主备复制性能改进过程。
replication improvement (from 5.5 to 5.7)
(1) 5.5 中,binlog的同步是由两个线程执行的
io_thread: 根据binlog dump协议从主库拉取binlog, 并将binlog转存到本地的relaylog;
sql_thread: 读取relaylog,根据位点的先后顺序执行binlog event,进而将主库的修改同步到备库,达到主备一致的效果; 由于在主库的更新是由多个客户端执行的,所以当压力达到一定的程度时,备库单线程执行主库的binlog跟不上主库执行的速度,进而会产生延迟造成备库不可用,这也是分库的原因之一,其SQL线程的执行堆栈如下:
sql_thread: exec_relay_log_event apply_event_and_update_pos apply_event rows_log_event::apply_event storage_engine operation update_pos
(2) 5.6 中,引入了多线程模式,在多线程模式下,其线程结构如下
io_thread: 同5.5
Coordinator_thread: 负责读取 relay log,将读取的binlog event以事务为单位分发到各个 worker thread 进行执行,并在必要时执行binlog event(Description_format_log_event, Rotate_log_event 等)。
worker_thread: 执行分配到的binlog event,各个线程之间互不影响;
多线程原理
sql_thread 的分发原理是依据当前事务所操作的数据库名称来进行分发,如果事务是跨数据库行为的,则需要等待已分配的该数据库的事务全部执行完毕,才会继续分发,其分配行为的伪码可以简单的描述如下:
get_slave_worker if (contains_partition_info(log_event)) db_name= get_db_name(log_event); entry {db_name, worker_thread, usage} = map_db_to_worker(db_name); while (entry->usage > 0) wait(); return worker; else if (last_assigned_worker) return last_assigned_worker; else push into buffer_array and deliver them until come across a event that have partition info
需要注意的细节
- 内存的分配与释放。relay thread 每读取一个log_event, 则需要 malloc 一定的内存,在work线程执行完后,则需要free掉;
- 数据库名 与 worker 线程的绑定信息在一个hash表中进行维护,hash表以entry为单位,entry中记录当前entry所代表的数据库名,有多少个事务相关的已被分发,执行这些事务的worker thread等信息;
- 维护一个绑定信息的array , 在分发事务的时候,更新绑定信息,增加相应 entry->usage, 在执行完一个事务的时候,则需要减少相应的entry->usage;
- slave worker 信息的维护,即每个 worker thread执行了哪些事务,执行到的位点是在哪,延迟是如何计算的,如果执行出错,mts_recovery_group 又是如何恢复的;
- 分配线程是以数据库名进行分发的,当一个实例中只有一个数据库的时候,不会对性能有提高,相反,由于增加额外的操作,性能还会有一点回退;
- 临时表的处理,临时表是和entry绑定在一起的,在执行的时候将entry的临时表挂在执行线程thd下面,但没有固化,如果在临时表操作期间,备库crash,则重启后备库会有错误;
总体上说,5.6 的并行复制打破了5.5 单线程的复制的行为,只是在单库下用处不大,并且5.6的并行复制的改动引入了一些重量级的bug
- MySQL slave sql thread memory leak (http://bugs.MySQL.com/bug.php?id=71197)
- Relay log without xid_log_event may case parallel replication hang (http://bugs.MySQL.com/bug.php?id=72794)
- Transaction lost when relay_log_info_repository=FILE and crashed (http://bugs.MySQL.com/bug.php?id=73482)
(3) 5.7中,并行复制的实现添加了另外一种并行的方式,即主库在 ordered_commit中的第二阶段的时候,将同一批commit的 binlog 打上一个相同的seqno标签,同一时间戳的事务在备库是可以同时执行的,因此大大简化了并行复制的逻辑,并打破了相同 DB 不能并行执行的限制。备库在执行时,具有同一seqno的事务在备库可以并行的执行,互不干扰,也不需要绑定信息,后一批seqno的事务需要等待前一批相同seqno的事务执行完后才可以执行。
详细实现可参考: http://bazaar.launchpad.net/~MySQL/MySQL-server/5.7/revision/6256 。
reference: http://geek.rohitkalhans.com/2013/09/enhancedMTS-deepdive.html