undo log與redo log原理分析

2013年了解事務日誌時寫的總結文章，最近在研究關係型資料庫，重新 review 一下，內容不一定準確，請指正。原文鏈接

資料庫通常藉助日誌來實現事務，常見的有undo log、redo log，undo/redo log都能保證事務特性，這裡主要是原子性和持久性，即事務相關的操作，要麼全做，要麼不做，並且修改的數據能得到持久化。

假設資料庫在操作時，按如下約定記錄日誌：

1. 事務開始時，記錄START T2. 事務修改時，記錄（T，x，v），說明事務T操作對象x，x的值為v 3. 事務結束時，記錄COMMIT T

undo log原理

undo log是把所有沒有COMMIT的事務回滾到事務開始前的狀態，系統崩潰時，可能有些事務還沒有COMMIT，在系統恢復時，這些沒有COMMIT的事務就需要藉助undo log來進行回滾。

使用undo log時，要求：

1. 記錄修改日誌時，(T，x，v）中v為x修改前的值，這樣才能藉助這條日誌來回滾；2. 事務提交後，必須在事務的所有修改（包括記錄的修改日誌）都持久化後才能寫COMMIT T日誌；這樣才能保證，宕機恢復時，已經COMMIT的事務的所有修改都已經持久化，不需要回滾。

使用undo log時事務執行順序

1. 記錄START T 2. 記錄需要修改的記錄的舊值（要求持久化）3. 根據事務的需要更新資料庫（要求持久化）4. 記錄COMMIT T

使用undo log進行宕機回滾

1. 掃描日誌，找出所有已經START,還沒有COMMIT的事務。2. 針對所有未COMMIT的日誌，根據redo log來進行回滾。

如果資料庫訪問很多，日誌量也會很大，宕機恢復時，回滾的工作量也就很大，為了加快回滾，可以通過checkpoint機制來加速回滾,

1. 在日誌中記錄checkpoint_start (T1,T2…Tn) (Tx代表做checkpoint時，正在進行還未COMMIT的事務）
2. 等待所有正在進行的事務（T1~Tn）COMMIT
3. 在日誌中記錄checkpoint_end

藉助checkpoint來進行回滾

從後往前，掃描undo log1，如果先遇到checkpoint_start, 則將checkpoint_start之後的所有未提交的事務進行回滾；2. 如果先遇到checkpoint_end, 則將前一個checkpoint_start之後所有未提交的事務進行回滾；（在checkpoint的過程中，可能有很多新的事務START或者COMMIT)。

使用undo log，在寫COMMIT日誌時，要求redo log以及事務的所有修改都必須已經持久化，這種做法通常很影響性能。

redo log原理

redo log是指在回放日誌的時候把已經COMMIT的事務重做一遍，對於沒有commit的事務按照abort處理，不進行任何操作。

使用redo log時，要求：

1. 記錄redo log時，(T,x，v）中的v必須是x修改後的值，否則不能通過redo log來恢復已經COMMIT的事務。2. 寫COMMIT T日誌之前，事務的修改不能進行持久化，否則恢復時，對於未COMMIT的操作，可能有數據已經修改，但重放redo log不會對該事務做任何處理，從而不能保證事務的原子性。

使用redo log時事務執行順序

1. 記錄START T2. 記錄事務需要修改記錄的新值（要求持久化）3. 記錄COMMIT T（要求持久化）4. 將事務相關的修改寫入資料庫

使用redo log重做事務

1. 掃描日誌，找到所有已經COMMIT的事務；2. 對於已經COMMIT的事務，根據redo log重做事務；

在日誌中使用checkpoint

1. 在日誌中記錄checkpoint_start (T1,T2...Tn) (Tx代表做checkpoint時，正在進行還未COMMIT的日誌）2. 將所有已提交的事務的更改進行持久化；3. 在日誌中記錄checkpoint_end

根據checkpoint來加速恢復

從後往前，掃描redo log1，如果先遇到checkpoint_start, 則把T1~Tn以及checkpoint_start之後的所有已經COMMIT的事務進行重做；2. 如果先遇到checkpoint_end, 則T1~Tn以及前一個checkpoint_start之後所有已經COMMIT的事務進行重做；

與undo log類似，在使用時對持久化以及事務操作順序的要求都比較高，可以將兩者結合起來使用，在恢復時，對於已經COMMIT的事務使用redo log進行重做，對於沒有COMMIT的事務，使用undo log進行回滾。redo/undo log結合起來使用時，要求同時記錄操作修改前和修改後的值，如（T，x，v，w），v為x修改前的值，w為x修改後的值，具體操作順序為：

1. 記錄START T2. 記錄修改日誌（T，x，v，w）（要求持久化，其中v用於undo，w用於redo）3. 更新資料庫4. 記錄 COMMIT T

4和3的操作順序沒有嚴格要求，並且都不要求持久化；因為如果宕機時4已經持久化，則恢復時可通過redo log來重做；如果宕機時4未持久化，則恢復時可通過undo log來回滾；在處理checkpoint時，可採用與redo log相同的處理方式。