新特性解读 | 趋近完美的 Undo 空间

作者：杨涛涛
资深数据库专家，专研 MySQL 十余年。擅长 MySQL、PostgreSQL、MongoDB 等开源数据库相关的备份恢复、SQL 调优、监控运维、高可用架构设计等。目前任职于爱可生，为各大运营商及银行金融企业提供 MySQL 相关技术支持、MySQL 相关课程培训等工作。
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在说 Undo 表空间前，先来简单说下 Undo Log 的概念。直白来讲，Undo Log 是 MySQL 用来记录事务操作的反方向逻辑日志。当确保事务提交成功后，MySQL 后台有专门的清理线程来清理掉这部分内容，确保 Undo Log 能循环使用。

Undo 的相关概念

undo log segment(undo segment)
Undo Logs 合集。undo segment 可以被重复使用，但是一次只能由一个事务占用。
rollback segment
也就是 Undo Logs 的物理存储区域。
undo tablespace
rollback segment 被从系统表空间里分离出来后的实际磁盘文件表现形式。

所以基本关系如下：

undo log -> undo log segment-> rollback segment->undo tablespace

Undo Log 发展史

MySQL 5.5 和之前的版本

Undo Log 一直存在共享的系统表空间里（ibdata1...)，但有两个问题：

Undo 这块 IO 处理太集中，无法很好的监测单个瓶颈点
持续并发运行稍微大点的事务，会造成系统表空间持续增大，造成定期的重建系统表空间

MySQL 5.6

Undo Log 被分离出来，由单独的 Undo 表空间管理。

可以避免 Undo 这块 IO 消耗过于集中，有助于分散 IO 的负载。

MySQL 5.7

解决了 Undo Log 一直以来物理空间膨胀，无法自动收缩的问题

MySQL 8.0

开始从 SQL 层面非常方便的管理 Undo 表空间

MySQL 8.0 对 Undo Log 的改进说明

1、默认的表空间

MySQL 服务启动后，默认有两个 Undo 表空间：undo_01,undo_02

root@ytt-pc:/var/lib/mysql/3304# ls -sihl undo*
919027 14M -rw-r----- 1 mysql mysql 14M 3月  20 11:00 undo_001
918943 12M -rw-r----- 1 mysql mysql 12M 3月  20 11:00 undo_002

这两个默认产生的 Undo 表空间文件，不能在 SQL 层面来管理。直接删除会被 MySQL 阻止。

mysql> drop undo tablespace innodb_undo_001;
ERROR 3119 (42000): InnoDB: Tablespace names starting with `innodb_` are reserved.

mysql> show errors;
+-------+------+----------------------------------------------------------------+
| Level | Code | Message                                                        |
+-------+------+----------------------------------------------------------------+
| Error | 3119 | InnoDB: Tablespace names starting with `innodb_` are reserved. |
| Error | 3119 | Incorrect tablespace name `innodb_undo_001`                    |
+-------+------+----------------------------------------------------------------+
2 rows in set (0.00 sec)

2、可设置回滚段数量的参数

参数 innodb_rollback_segments 设置每个 undo 表空间的回滚段的数量。

在 MySQL 5.7 这个参数被用来设置所有 Undo 表空间的回滚段数量。最大 128，就是说 一个 MySQL 实例最多 128 个回滚段。

注意高能时刻！

MySQL 8.0 放开了这个限制，使得这个参数设置限制在每个表空间。也就是说 每个表空间 最多 128 个回滚段，可以设置多个表空间！也就解决了 MySQL 5.7 在持续高并发时，事务争抢回滚段不足造成的资源抢占，减少了相关的锁开销。

3、自动收缩参数

参数 innodb_undo_log_truncate 默认开启。开启这个参数的目的是让 MySQL 自动收缩 Undo 表空间，防止磁盘占用过大。

4、废弃的参数

额外的 Undo 表空间 SQL 层面动态管理参数 innodb_undo_tablespaces 被废弃。

示例：Undo 表空间管理（不包括临时表空间）

具体语法：

CREATE [UNDO] TABLESPACE tablespace_name
InnoDB and NDB:
[ADD DATAFILE 'file_name']
InnoDB only:
[FILE_BLOCK_SIZE = value]
[ENCRYPTION [=] {'Y' | 'N'}]
NDB only:
USE LOGFILE GROUP logfile_group
[EXTENT_SIZE [=] extent_size]
[INITIAL_SIZE [=] initial_size]
[AUTOEXTEND_SIZE [=] autoextend_size]
[MAX_SIZE [=] max_size]
[NODEGROUP [=] nodegroup_id]
[WAIT]
[COMMENT [=] 'string']
InnoDB and NDB:
[ENGINE [=] engine_name]

1、创建表空间

语法方面和 MySQL 5.7 创建通用表空间类似，并且是从 MySQL NDB 引擎上借鉴过来的。

创建 Undo 表空间 undo_ts1.ibu

mysql> create undo tablespace undo_ts1 add datafile 'undo_ts1.ibu';
Query OK, 0 rows affected (0.47 sec)

2、查看表空间

查看 Undo 表空间的元数据信息

information_schema.innodb_tablesapces 表

mysql> select * from information_schema.innodb_tablespaces where SPACE_TYPE='undo'\G
*************************** 1. row ***************************
        SPACE: 4294967279
         NAME: innodb_undo_001
         FLAG: 0
   ROW_FORMAT: Undo
    PAGE_SIZE: 16384
ZIP_PAGE_SIZE: 0
   SPACE_TYPE: Undo
FS_BLOCK_SIZE: 0
    FILE_SIZE: 0
ALLOCATED_SIZE: 0
SERVER_VERSION: 8.0.18
SPACE_VERSION: 1
   ENCRYPTION: N
        STATE: active
*************************** 2. row ***************************
        SPACE: 4294967278
         NAME: innodb_undo_002
         FLAG: 0
   ROW_FORMAT: Undo
    PAGE_SIZE: 16384
ZIP_PAGE_SIZE: 0
   SPACE_TYPE: Undo
FS_BLOCK_SIZE: 0
    FILE_SIZE: 0
ALLOCATED_SIZE: 0
SERVER_VERSION: 8.0.18
SPACE_VERSION: 1
   ENCRYPTION: N
        STATE: active
*************************** 3. row ***************************
        SPACE: 4294967277
         NAME: undo_ts1
         FLAG: 0
   ROW_FORMAT: Undo
    PAGE_SIZE: 16384
ZIP_PAGE_SIZE: 0
   SPACE_TYPE: Undo
FS_BLOCK_SIZE: 0
    FILE_SIZE: 0
ALLOCATED_SIZE: 0
SERVER_VERSION: 8.0.19
SPACE_VERSION: 1
   ENCRYPTION: N
        STATE: active
3 rows in set (0.00 sec)

3、修改存放目录

Undo 表空间，默认是保存在变量 innodb_undo_directory 指定的目录，如果这个目录没有指定，就放在数据目录下。

# 默认在当前数据目录
mysql> select @@innodb_undo_directory;
+-------------------------+
| @@innodb_undo_directory |
+-------------------------+
| ./                      |
+-------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

# 刚建立的 undo_ts1.ibu.
root@ytt-pc:/var/lib/mysql/3304# ls -sihl undo_ts1.ibu
918978 10M -rw-r----- 1 mysql mysql 10M 3月  20 11:33 undo_ts1.ibu

也可以把 Undo 表空间建立在非 innodb_undo_directory 指定的目录。

# 指定undo 表空间目录/var/lib/mysql-files/，新建立一个undo_ts2.ibu.

mysql> create undo tablespace undo_ts2 add datafile '/var/lib/mysql-files/undo_ts2.ibu';
Query OK, 0 rows affected (0.30 sec)

Undo 表空间的名字必须以 .ibu 为后缀

# 创建一个 undo 表空间 undo_ts3，没有带后缀，MySQL 拒绝创建。
   mysql> create undo tablespace undo_ts3 add datafile 'undo_ts3';
   ERROR 3121 (HY000): The ADD DATAFILE filepath must end with '.ibu'.
   mysql> show errors;
   +-------+------+-------------------------------------------------+
   | Level | Code | Message                                         |
   +-------+------+-------------------------------------------------+
   | Error | 3121 | The ADD DATAFILE filepath must end with '.ibu'. |
   | Error | 1528 | Failed to create UNDO TABLESPACE undo_ts3       |
   | Error | 3121 | Incorrect File Name 'undo_ts3'.                 |
   +-------+------+-------------------------------------------------+
   3 rows in set (0.00 sec)

4、删除表空间

删除表空间必须确保这个表空间没有被任何事务用到，也就是把这个表空间变为非激活状态，这样就能阻止任何事务进入这个表空间。

mysql> alter undo tablespace undo_ts2 set inactive;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

mysql> drop undo tablespace undo_ts2;
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)

5、移动表空间

移动 Undo 表空间到其他位置，需要按照这样的步骤：

停掉 mysqld 服务；
设置参数 innodb_undo_directory 到新的目录；
移动 Undo 日志到上一步设置好的目录；
启动 mysqld 服务；

步骤 2&3 具体如下：

设置变量 innodb_undo_directory，并且移动 Undo 表空间到这个目录

mysql> select @@innodb_undo_directory;
+-------------------------+
| @@innodb_undo_directory |
+-------------------------+
| /var/lib/mysql-files    |
+-------------------------+
1 row in set (0.00 sec)

一切完了后，检查移动后的 Undo 文件是否正常。

通过检索文件元数据表 information_schema.files 查看文件类型为 Undo Log 的记录。系统预留的两个表空间已经正确的在新目录下被识别了。

mysql> select file_name,file_type,tablespace_name,status from files where file_type = 'undo log';
+-------------------------------+-----------+-----------------+--------+
| FILE_NAME                     | FILE_TYPE | TABLESPACE_NAME | STATUS |
+-------------------------------+-----------+-----------------+--------+
| /var/lib/mysql-files/undo_001 | UNDO LOG  | innodb_undo_001 | NORMAL |
| /var/lib/mysql-files/undo_002 | UNDO LOG  | innodb_undo_002 | NORMAL |
+-------------------------------+-----------+-----------------+--------+
2 rows in set (0.00 sec)

再创建一个新的 Undo 表空间。默认的位置已经变道新的目录下。

mysql> create undo tablespace undo_ts_new add datafile 'undo_ts_new.ibu';
Query OK, 0 rows affected (0.51 sec)

root@ytt-pc:/var/lib/mysql-files# ls -l undo*
-rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 3月  20 12:00 undo_001
-rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 3月  20 12:00 undo_002
-rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 3月  20 12:00 undo_ts_new.ibu

总结

这里我对 MySQL 8.0 的 Undo 表空间在使用上的改进简要做了一个说明，可以看出来，MySQL 8.0 对 Undo 的改进已经非常成熟。