深刻解读阿里云数据库POLARDB核心功能物理复制技术

日志是数据库的重要组成部份，按顺序以增量的方式记录了数据库上全部的操做，日志模块的设计对于数据库的可靠性、稳定性和性能都很是重要。 可靠性方面，在有一个数据文件的基础全量备份后，对运行中的数据库来讲，日志文件的重要性大于数据文件，只要操做记录到日志中并完成落盘，就等于操做完成，无须等待数据文件落盘。由于日志的顺序和增量方式，使得数据库的增量实时备份（包括备库）成为可能，更可使用异步、同步或Raft多数等方式经过保护日志来保护全部的数据。

稳定性方面，日志的增量模式减小了须要写出的数据量，日志的顺序写对于IO操做十分友好，能够充分节约寻道时间（机械硬盘）和写入缓存，使得日志的写操做能够十分平稳，在面对高并发的事务时，不易出现剧烈的抖动，从而获得高的稳定性和性能。按照日志的组织形式，能够分为物理日志和逻辑日志，物理日志使用更偏向底层数据块操做的方式来描述变动，逻辑日志则偏向于使用记录镜像或SQL语句的方式来描述变动，事务引挚通常使用物理日志的模式来记录事务的底层操做，而非事务引挚则通常使用逻辑日志的方式。

用编程语言来打比方的话，物理日志至关于使用汇编语言来记录了操做，而逻辑日志则至关于使用Go/Python等级别的语言来记录操做，物理日志相比逻辑日志具备更高的可靠性、稳定性和性能。回顾数据库的历史，商业数据库都只支持物理日志，历来没有逻辑日志的说法。MySQL由于其上下分层（SQL层和引挚层）的设计致使事务存贮引挚层必须有独立的物理日志，以及多引挚支持的缘由，必须在SQL层设计逻辑日志以透明化不一样存储引挚（主备能够不一样引挚）的支持，造成了一个双日志的现状，对MySQL的稳定性和性能带来了极大的困难和挑战。

物理日志因其格式比较底层，使其很是难以建立只读实例，而且从只读实例切换为读写实例须要比较长的时间，能够参考Oracel数据库的发展历程，长久以来一直没有支持随时只读的备库，将备库切换为主库须要极期严格的步骤，须要比较长的时间，比较难以实现自动化，没法轻松实现互联网读扩展流量扩展的需求。而逻辑日志因其格式比较上层，使其很是容易建立只读实例，从只读实例转换为读写实例能够在秒级完成，并造成了一整套的增量数据订阅消费。MySQL在享受逻辑复制好处时，也承受了逻辑复制带来的一些限制：

• 存储引挚层难以直接产生逻辑日志，为了数据的一致性，在物理日志和逻辑日志之间引入了XA（2PC）机制，给稳定性和性能带来了极大的限制和挑战，致使事务处理性能和传统商业数据库相比有较大差距，基于物理日志则差距极小。
• 同一事务的MySQL逻辑日志须要连续写出，所以没法支持较大的事务操做，过大的事务会致使操做失败。基于物理日志，同一个操做的日志能够分段（事务开始、操做一、操做二、事务提交）写出，所以能够支持大事务操做。
• MySQL现有逻辑日志保存了整条记录的先后镜象，形成逻辑日志写入量较大增长IO压力，易引发性能降低和抖动。物理日志只记录变化字段，格式紧凑以减小总日志量，具有较好的IO性能，不易引发性能降低和抖动，肯有更高的性能和稳定性。
• MySQL逻辑日志，在回入时须要从新通过SQL层代码，执行路径较长，而且不易并行处理，易形成备库时延，即逻辑日志产生的速度超过回放的速度；物理日志因包含完整事务信息，更易用事务一致性实现并行回放，可极大提高备库恢复的速度，作到高压力下主备ms级时延。以下图：

• MySQL逻辑日志，不包含事务信息，没法作连续性检测，能够从任意点开始恢复，不熟悉不专业的操做容易，形成问题；物理日志包含完整事务信息，能够作连续性检测，会自动识别上一次的中断点，减小人工判断操做，可有效防止人为误操做。

所以基于逻辑复制的MySQL在大表加字段、建索引等操做上，主备复制的体验很是不够好。POLARDB在充分认识到MySQL逻辑复制的优缺点后，选择以物理复制为基础实现复制节点（Replica），提高了主备复制的效率和体验，为广大客户提供了稳定、可靠、高性能能的只读节点，引领了新一代复制技术的发展。

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