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2.13.2 undo空间管理

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1. 背景

InnoDB存储引擎中，undo在完成事务回滚和MVCC之后，就可以purge掉了，但undo在事务执行过程中，进行的空间分配如何回收，就变成了一个问题。 我们亲历用户的小实例，因为一个大事务，导致ibdata file到800G大小。

我们先大致看下InnoDB的undo在不同的版本上的一些演进:

MySQL 5.5的版本上 InnoDB undo是放在系统表空间即ibdata file文件中，这样如果有比较大的事务(即需要生成大量undo的)，会撑大ibdata数据文件， 虽然空间可以重用， 但文件大小不能更改。 关于回滚段的，只有这个主要的参数，用来设置多少个rollback segment。

mysql> show global variables like '%rollback_segment%';
+----------------------------+-------+
| Variable_name              | Value |
+----------------------------+-------+
| innodb_rollback_segments   | 128   |
+----------------------------+-------+

MySQL 5.6的版本上 InnoDB undo支持独立表空间， 增加如下参数：

+-------------------------+-------+

| Variable_name           | Value |

+-------------------------+-------+

| innodb_undo_directory   | .     |
| innodb_undo_logs        | 128   |
| innodb_undo_tablespaces | 1     |

+-------------------------+-------+

这样，在install的时候，就会在data目录下增加undo数据文件，来组成undo独立表空间，但文件变大之后的空间回收还是成为问题。

MySQL 5.7的版本上 InnoDB undo在支持独立表空间的基础上，支持表空间的truncate功能，增加了如下参数：

InnoDB的purge线程，会根据innodb_undo_log_truncate开关的设置，和innodb_max_undo_log_size设置的文件大小阈值，以及truncate的频率来进行空间回收和rollback segment的重新初始化。

接下来我们详细看下5.7的InnoDB undo的管理：

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2. undo表空间创建

设置innodb_undo_tablespaces的个数， 在mysql install的时候，创建指定数量的表空间。 InnoDB支持128个undo logs，这里特别说明下，从5.7开始，innodb_rollback_segments的名字改成了innodb_undo_logs，但表示的都是回滚段的个数。 从5.7.2开始，其中32个undo logs为临时表的事务分配的，因为这部分undo不记录redo，不需要recovery，另外从33-128一共96个是redo-enabled undo。

rollback segment的分配如下：

其中如果是临时表的事务，需要分配两个undo logs，其中一个是non-redo undo logs；这部分用于临时表数据的回滚。 另外一个是redo-enabled undo log，是为临时表的元数据准备的，需要recovery。

而且， 其中32个rollback segment创建在临时表空间中，并且临时表空间中的回滚段在每次server start的时候，需要重建。

每一个rollback segment可以分配1024个slot，也就是可以支持96*1024个并发的事务同时， 但如果是临时表的事务，需要占用两个slot。

InnoDB undo的空间管理简图如下：

undo空间管理

注核心结构说明：

1. rseg slot rseg slot一共128个，保存在ibdata系统表空间中，其位置在：

每一个slot保存着rollback segment header的位置。包括space_id + page_no，占用8个bytes。其宏定义：

2. rseg header rseg header在undo表空间中，每一个rseg包括1024个undo segment slot，每一个slot保存着undo segment header的位置，包括page_no，暂用4个bytes，因为undo segment不会跨表空间，所以space_id就没有必要了。 其宏定义如下：

3. undo segment header undo segment header page即段内的第一个undo page，其中包括四个比较重要的结构：

undo segment header

进行段内空间的管理

undo page header

page内空间的管理，page的类型：FIL_PAGE_UNDO_LOG

undo header

包含undo record的链表，以便安装事务的反顺序，进行回滚

undo record

剩下的就是undo记录了。

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3. undo段的分配

undo段的分配比较简单，其过程如下：

首先是rollback segment的分配：

  1. 如果有单独设置undo表空间，就不使用system表空间中的undo segment

  2. 如果设置的是truncate的就不分配

  3. 一旦分配了，就设置trx_ref_count，不允许truncate。

具体代码参考：

其次是undo segment的创建：

从rollback segment里边选择一个free的slot，如果没有，就会报错，通常是并发的事务太多。 错误日志如下：

如果有free，就创建一个undo的segment。

核心的代码如下：

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4. undo的truncate

undo的truncate主要由下面两个参数控制：innodb_purge_rseg_truncate_frequency，innodb_undo_log_truncate。 1. innodb_undo_log_truncate是开关参数。 2. innodb_purge_rseg_truncate_frequency默认128，表示purge undo轮询128次后，进行一次undo的truncate。

当设置innodb_undo_log_truncate=ON的时候， undo表空间的文件大小，如果超过了innodb_max_undo_log_size， 就会被truncate到初始大小，但有一个前提，就是表空间中的undo不再被使用。

其主要步骤如下： 1. 超过大小了之后，会被mark truncation，一次会选择一个 2. 选择的undo不能再分配新给新的事务 3. purge线程清理不再需要的rollback segment 4. 等所有的回滚段都释放了后，truncate操作，使其成为install db时的初始状态。

默认情况下， 是purge触发128次之后，进行一次rollback segment的free操作，然后如果全部free就进行一个truncate。

但mark的操作需要几个依赖条件需要满足： 1. 系统至少得有两个undo表空间，防止一个offline后，至少另外一个还能工作 2. 除了ibdata里的segment，还至少有两个segment可用 3. undo表空间的大小确实超过了设置的阈值

其核心代码参考：

因为，只要你设置了truncate = on，MySQL就尽可能的帮你去truncate所有的undo表空间，所以它会循环的把undo表空间加入到mark列表中。

最后，循环所有的undo段，如果所属的表空间是marked truncate，就把这个rseg标志位不可分配，加入到trunc队列中，在purge的时候，进行free rollback segment。

注意： 如果是在线库，要注意影响，因为当一个undo tablespace在进行truncate的时候，不再承担undo的分配。只能由剩下的undo 表空间的rollback segment接受事务undo空间请求。

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