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关于sysbench:故障分析-崩溃恢复巨慢原因分析

jiezi

作者：xuty
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一、景象

有个 MySQL 5.7 开发库异样挂掉后，奔溃复原始终处于如下地位，且继续了 2 小时左右才起来。十分纳闷这段时间 MySQL 到底做了什么事件？竟然须要这么长时间。
虽说这里虚拟机的 IOPS 并不是很高，但也相对不须要这么久吧？而且从日志输入来看，这块应该也不是在做真正的数据恢复，那么也能够排除是大事务回滚导致的耗时长，那么起因到底是啥呢？
值得注意的是，这台开发库下面有将近 1500 个库和上万张表，难道 MySQL 解体复原时长 和 表的数量 也存在肯定关系嘛？

二、剖析栈帧

在 MySQL 解体复原时，用 pstack 打了栈帧，再用 pt-pmp 工具剖析栈帧后显示如下：

pread64(libpthread.so.0),os_file_io(os0file.cc:5435),
os_file_pread(os0file.cc:5612),os_file_read_page(os0file.cc:5612),
os_file_read_no_error_handling_func(os0file.cc:6069),
pfs_os_file_read_no_error_handling_func(os0file.ic:341),
Datafile::read_first_page(os0file.ic:341),Datafile::validate_first_page(fsp0file.cc:551),
Datafile::validate_to_dd(fsp0file.cc:404),fil_ibd_open(fil0fil.cc:3969),
dict_check_sys_tables(dict0load.cc:1465),dict_check_tablespaces_and_store_max_id(dict0load.cc:1525),
innobase_start_or_create_for_mysql(srv0start.cc:2329),innobase_init(ha_innodb.cc:4048),
ha_initialize_handlerton(handler.cc:838),plugin_initialize(sql_plugin.cc:1197),
plugin_init(sql_plugin.cc:1538),init_server_components(mysqld.cc:4033),
mysqld_main(mysqld.cc:4673),__libc_start_main(libc.so.6),_start

依据函数名字，感觉像是在 遍历校验每个表空间文件的有效性?，难道 MySQL 解体复原时会额定进行校验操作？貌似和表数量扯上点关系了。

三、GDB 调试

Server version: 5.7.26-log MySQL Community Server (GPL)

间接去剖析源码感觉有点找不到切入点，因为不晓得失常启动是不是也是这样的函数调用。

为了晓得 失常启动 与 解体复原 的区别，先在本地的 MySQL 5.7.26 环境中用 GDB 调试 MySQL 启动过程，看下失常启动和解体复原的函数调用有哪些区别，再针对性的去剖析源码比拟好。

-- 将之前的栈帧弄成了树状，便于剖析
>innobase_init
| >innobase_start_or_create_for_mysql
| | >dict_check_tablespaces_and_store_max_id
| | | >dict_check_sys_tables
| | | | >fil_ibd_open
| | | | | >Datafile::validate_to_dd
| | | | | | >Datafile::validate_first_page
| | | | | | | >Datafile::read_first_page
| | | | | | | | >pfs_os_file_read_no_error_handling_func
| | | | | | | | | >os_file_read_no_error_handling_func
| | | | | | | | | | >os_file_read_page
| | | | | | | | | | | >os_file_pread
| | | | | | | | | | | | >os_file_io
失常启动 GDB 调试后果：

从上到下，每次打一个断点函数，发现到 Datafile::validate_to_dd 这个函数时，MySQL 失常启动就不会执行，看样子是 fil_ibd_open 函数中做了某些判断。

解体复原 GDB 调试后果：

一边用 sysbench 压，一边间接 kill - 9 过程就能够模仿解体复原，同样从上到下，顺次打断点函数，发现会走到 Datafile::validate_to_dd 这个函数中，Continue 后会始终断点在这个函数上，阐明外层包装了一层循环会遍历所有表，如果持续减少断点函数的话，发现绝大部分表会持续走上来，直到os_file_io，而小局部表则不会持续走上来。

四、源码剖析

4.1. fil_ibd_open

咱们先去 fil_ibd_open 函数中看下，进入 Datafile::validate_to_dd 函数的判断条件，发现次要和一个 validate 参数无关，如果为 false 则能够跳过检测，为 true 则须要进入 Datafile::validate_to_dd 函数。

4.2. innobase_start_or_create_for_mysql

而后咱们须要看下 validate 参数的定义，剖析解体复原与失常启动的区别。

发现 validate 参数 最早是在 innobase_start_or_create_for_mysql 函数中定义的，并且其正文曾经解释的十分具体。

  1. 失常启动：间接为每张表的创立 space object 即可，不须要关上 ibd 文件的 header page 进行表空间校验。
  2. 解体复原：为了数据字典的一致性，须要遍历关上所有 ibd 文件的 header page 进行表空间校验。

validate 这个参数表明当一个表空间被关上时，同时会去读取其 ibd 文件的头页（header page）来验证数据字典的一致性，而当数据库蕴含许多 ibd 文件时，这个过程就会比拟久，所以只在解体复原且非强制复原时执行表空间校验操作！

4.3. recv_needed_recovery & srv_force_recovery

接着咱们来看下决定 validate 值的 2 个参数：recv_needed_recovery 与 srv_force_recovery，默认解体复原时，recv_needed_recovery = 1 而 srv_force_recovery = 0，所以 validate = true，即须要进行表空间校验。

bool validate = recv_needed_recovery && srv_force_recovery == 0;
// 跳过表空间校验
validate = false
// 执行表空间校验
validate = true

先看下 recv_needed_recovery 参数，默认为 0。MySQL 在启动时会比对 checkpoint_lsn 与 flush_lsn。如果不相等，就会调用 recv_init_crash_recovery 办法将 recv_needed_recovery 置为 1。只有当 MySQL 失常敞开时，这 2 个 lsn 才会相等。另外一个小发现，MySQL 5.7 中服务起来后，什么操作都不做，checkpoint_lsn 永远会落后 9，所以即便你什么都不做，间接 kill -9 过程，也算是解体重启。

LOG
---
Log sequence number 2563079308
Log flushed up to   2563079308
Pages flushed up to 2563079308
Last checkpoint at  2563079299

再来看下 srv_force_recovery 参数，默认值为 0，如果设置了 innodb_force_recovery，那么 srv_force_recovery 的值就等于 innodb_force_recovery 的值，即只有配置了强制复原，srv_force_recovery 就会大于 0。

4.4. dict_check_tablespaces_and_store_max_id

最初看下 dict_check_tablespaces_and_store_max_id 函数，依据正文介绍，这个函数会查看所有在数据字典中发现的表空间，先查看每个共享表空间，而后查看每个独立表空间。

在 解体复原 中，局部表空间曾经在解决 redolog 时被关上（对应之前 GDB 调试时局部表未持续走上来），而其余没有被关上的表空间，将会通过比拟数据字典中的 space_id 与表空间文件是否统一的形式进行验证（也就是之前所说的 表空间校验过程）。

五、测试验证

到这里，原理大略曾经晓得了，次要就是：MySQL 在解体复原时，会遍历关上所有 ibd 文件的 header page 验证数据字典的准确性，如果 MySQL 中蕴含了大量表，这个校验过程就会比拟耗时。

那么咱们能够模仿下这个场景，进一步验证，比方在 测试库 中用 sysbench 建 50W 张空表，而后模仿非正常敞开，比照下解体复原时长。

MySQL 实例 表总数 磁盘类型 启动类型 时长
开发库(5.7.20) 57w HDD 解体复原 2 小时左右
测试库(5.7.26) 空库 SSD 解体复原 秒级
测试库(5.7.26) 50w SSD 失常启动 40 秒左右
测试库(5.7.26) 50w SSD 解体复原 7 分钟左右
测试库(8.0.18) 50w SSD 失常启动 4 分钟左右
测试库(8.0.18) 50w SSD 解体复原 10 分钟左右

能够看到 MySQL 下解体复原的确和表数量无关，表总数越大，解体复原工夫越长。另外磁盘 IOPS 也会影响解体复原工夫，像这里开发库的 HDD IOPS 较低，因而面对大量的表空间，校验速度就十分迟缓。

另外一个发现，MySQL 8 下失常启用时竟然也会进行表空间校验，而故障复原时则会额定再进行一次表空间校验，等于校验了 2 遍。不过 MySQL 8.0 里多了一个个性，即表数量超过 5W 时，会启用多线程扫描，放慢表空间校验过程。

MySQL 8.0.21 开始能够通过 innodb_validate_tablespace_paths 参数敞开失常启动时的表空间校验过程。

六、如何跳过校验

MySQL 5.7 下有办法能够跳过解体复原时的表空间校验过程嘛？查阅了材料，办法次要有两种：

  1. 配置 innodb_force_recovery

    能够使 srv_force_recovery != 0，那么 validate = false，即能够跳过表空间校验。理论测试的时候设置 innodb_force_recovery =1，也就是强制复原跳过坏页，就能够跳过校验，而后重启就是失常启动了。通过这种长期形式能够防止解体复原后十分耗时的表空间校验过程，疾速启动 MySQL，集体目前临时未发现有什么隐患。

  2. 应用共享表空间代替独立表空间

    这样就不须要关上 N 个 ibd 文件了，只须要关上一个 ibdata 文件即可，大大节俭了校验工夫。自从听了姜老师讲过应用共享表空间代替独立表空间解决 drop 大表时性能抖动的原理后，感觉共享表空间在很多业务环境下，反而更有劣势。

    bool validate = recv_needed_recovery && srv_force_recovery == 0;
// 跳过表空间校验
validate = false
// 执行表空间校验
validate = true

长期冒出另外一种解决想法，即用 GDB 调试解体复原，通过长期批改 validate 变量值让 MySQL 跳过表空间验证过程，而后让 MySQL 失常敞开，重新启动就能够失常启动了。

然而理论测试发现，如果以 debug 模式运行，的确能够长期批改 validate 变量，跳过表空间验证过程，然而 debug 模式下代码运行效率大打折扣，反而耗时更长。而以非 debug 模式运行，则无奈批改 validate 变量，想法幻灭。


附录：

https://dev.mysql.com/worklog…
http://blog.symedia.pl/2015/1…
https://www.percona.com/commu…
https://jira.mariadb.org/brow…

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