浅析InnoDB purge线程

作者：八怪（高鹏）中亦科技数据库专家

水平有限，如有错误请谅解。源码版本8.0.21。

在处理一个故障的时候怀疑大量的删除数据导致了查询比较慢，但是自己对purge线程的工作流程一直不太清楚，本文不做深入解析，只做工作流程解析，待着如下问题进行：

del flag记录是否能够及时清理
为什么History list length持续不为0，是否代表del flag记录没有清理
purge线程触发的规则是什么

一、purge线程综述

一般来讲我们理解的purge线程可以做如下的工作：

清理del flag标签的记录
清理undo的历史版本
如果需要进行undo tablespace截断。

其包含一个协调线程和多个工作线程由如下参数设置：

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innodb_purge_threads=4

这代表1个协调线程和3个工作线程。协调线程也会充当一个工作线程角色。

二、协调线程循环检测变化

如下调入：
srv_purge_coordinator_thread
 ->srv_purge_coordinator_suspend
判断如下：
(rseg_history_len <= trx_sys->rseg_history_len) { 
//如果当前history_len大于等于上一次循环的的history_len
      ret =os_event_wait_time_low(slot->event, SRV_PURGE_MAX_TIMEOUT, sig_count); 
//等待10毫秒后进行处理或者等待被唤醒

唤醒的条件是有事务提交或者回滚

    /* Tell server some activity has happened, since the trx
    does changes something. Background utility threads like
    master thread, purge thread or page_cleaner thread might
    have some work to do. */
    srv_active_wake_master_thread();

但是需要注意的是如果长期没有新的事务进行提交，那么可能进入永久堵塞状态而不是每10毫秒醒来，直到唤醒

if (ret == OS_SYNC_TIME_EXCEEDED) { //如果是等待超时
      if (rseg_history_len == trx_sys->rseg_history_len &&
          trx_sys->rseg_history_len < 5000) { //如果上次的history_len和本次history_len相同且小于5000那么需要等待唤醒
        stop = true; //设置为true，进行无限期等待，直到唤醒
      }

三、克隆最老的read view

这一步没什么好说的，因为清理undo需要根据当前最老的read view来清理，否则可能清理到正在读取需要的undo。

如下调入：
srv_purge_coordinator_thread
 ->srv_do_purge
  ->trx_purge
操作如下：
trx_sys->mvcc->clone_oldest_view(&purge_sys->view); //克隆老的 read view srv_do_purge

四、从可能需要清理的purge_queue中取出undo segment(简单理解为事务)

调入如下：
srv_purge_coordinator_thread
 ->srv_do_purge
  ->trx_purge
   ->trx_purge_attach_undo_recs
    ->trx_purge_fetch_next_rec
     ->TrxUndoRsegsIterator::set_next
操作如下：
const page_size_t &page_size = purge_sys->rseg_iter->set_next();

注意这里是一个迭代器，迭代的就是purge_sys->purge_queue，这是std::priority_queue实现的优先队列。具体迭代的代码如下：

while (!m_purge_sys->purge_queue->empty()) { //如果有事务需要清理
      if (m_trx_undo_rsegs.get_trx_no() == UINT64_UNDEFINED) {
        m_trx_undo_rsegs = purge_sys->purge_queue->top();
      } else if (purge_sys->purge_queue->top().get_trx_no() ==
                 m_trx_undo_rsegs.get_trx_no()) {
        m_trx_undo_rsegs.append(purge_sys->purge_queue->top()); //弹出一个
      } else {
        break;
      }

而事务进入purge_queue是在事务commit的时候调用trx_serialisation_number_get

purge_sys->purge_queue->push(elem);

因此到这里我们知道事务提交的时候可能会唤醒purge协调线程进行工作，并且会加入可能需要purge的事务队列purge_queue中。

五、判断是否符合清理规则

调入如下：
srv_purge_coordinator_thread
 ->srv_do_purge
  ->trx_purge
   ->trx_purge_attach_undo_recs
    ->trx_purge_fetch_next_rec
判断如下：
  if (purge_sys->iter.trx_no >= purge_sys->view.low_limit_no()) {
    return (nullptr);
  }

这里就是判断是否需要清理事务的trx no是否大于了oldest read view的low limit no，如果不满足则返回为nullptr，如果符合那么返回需要清理的page数量，并且指向下一个需要清理的undo segment。

六、每次清理默认为300个page

这个值由参数innodb_purge_batch_size进行控制，默认为300

调入如下：
srv_purge_coordinator_thread
 ->srv_do_purge
  ->trx_purge
   ->trx_purge_attach_undo_recs
生效如下：
for (ulint i = 0; n_pages_handled < batch_size; ++i)

清理流程会一致持续到没有page需要清理为止

调入如下：
srv_purge_coordinator_thread
 ->srv_do_purge
判断如下：
 (!srv_purge_should_exit(n_pages_purged) && n_pages_purged > 0 &&
           purge_sys->state == PURGE_STATE_RUN); 
//清理完成后n_pages_purged > 0 将不会满足
return (rseg_history_len); //返回 rseg_history_len

七、工作线程处理

分发给工作线程后进入如下调用，进行del flag的清理，没有仔细的看这部分，调用比较复杂。但是可以肯定是其构造row_purge_parse_undo_rec）和删除过程可能需要大量的循环和数据定位（btr_cur_search_to_nth_level）操作。

srv_worker_thread
 ->srv_task_execute
  ->que_run_threads
   ->que_run_threads_low
    ->que_thr_step
     ->row_purge_step
      ->row_purge
       ->row_purge_record_func

八、默认每128次batch undo清理会进行undo history清理

这个和参数innodb_purge_rseg_truncate_frequency的设置有关，默认为128，如果满负荷计算为：

300(undo log pages)*128(truncate frequency ) = 38,400

38400个undo log pages处理完成后会进行一次undo history清理。

根据参数赋值
set_rseg_truncate_frequency(
        static_cast<ulint>(srv_purge_rseg_truncate_frequency));

参数判断
    ulint rseg_truncate_frequency = ut_min(
        static_cast<ulint>(srv_purge_rseg_truncate_frequency), undo_trunc_freq); //128

    n_pages_purged = trx_purge(n_use_threads, srv_purge_batch_size,
                               (++count % rseg_truncate_frequency) == 0);//每128次进行一次清理

判断是否进入truncate流程
  if (truncate || srv_upgrade_old_undo_found) { //truncate就是根据(++count % rseg_truncate_frequency)计算而来
    trx_purge_truncate();
  }

但是需要注意的count是一个static局部变量，因此每次调入函数会继续上次的取值继续计数。如果压力很小那么undo可能不能及时清理：

小事务如果都是小事务那么每个事务修改的undo page数可能达不到300个，那么必然需要等待128个事务才能进行一次清理。
大事务如果事务比较大，有许多undo page，那么超过了300*128 那么就会进行清理。

这不是说del flag记录不清理，而是说undo history链表不清理。因此我们经常看到History list length不为0的情况。

九、清理undo history和undo空间

这里简单记录其工作的流程。不做深入函数描述（能力有限）

清理undo history

调入如下：
srv_purge_coordinator_thread
 ->srv_do_purge
  ->trx_purge
   ->trx_purge_truncate
    ->trx_purge_truncate_history
     ->trx_purge_truncate_rseg_history

清理的方式如下：

清理的起点：
hdr_addr = trx_purge_get_log_from_hist(
      flst_get_last(rseg_hdr + TRX_RSEG_HISTORY, &mtr));
向上扫描：
 hdr_addr = prev_hdr_addr;
结束条件：
  if (undo_trx_no >= limit->trx_no) { //这里代表结束了
    /* limit space_id should match the rollback segment
    space id to avoid freeing if the page belongs to a
    different rollback segment for the same trx_no. */
    if (undo_trx_no == limit->trx_no &&
        rseg->space_id == limit->undo_rseg_space) {
      trx_undo_truncate_start(rseg, hdr_addr.page, hdr_addr.boffset,
                              limit->undo_no);
    }

    rseg->unlatch();
    mtr_commit(&mtr);

    return;
  }

值得注意的是这个清理过程不能大于oldest read view的 trx no，否则清理结束。

truncate undo流程

调入如下：
srv_purge_coordinator_thread
 ->srv_do_purge
  ->trx_purge
   ->trx_purge_truncate
    ->trx_purge_truncate_history
     ->trx_purge_truncate_marked_undo

这之前有一个判定是否清理的过程

trx_purge_mark_undo_for_truncate
 ->Tablespace::needs_truncation

Tablespace::needs_truncation会判断是否进行undo truncate，这里涉及到两个参数

参数innodb_undo_log_truncate的作用

  if (!srv_undo_log_truncate || m_rsegs == nullptr || m_rsegs->is_empty() ||
      m_rsegs->is_init()) {
    m_rsegs->s_unlock();
    return (false); //如果没有开启undo truncate则不进行清理
  }

参数innodb_max_undo_log_size的作用

page_no_t trunc_size = ut_max(
      static_cast<page_no_t>(srv_max_undo_tablespace_size / srv_page_size),
      static_cast<page_no_t>(SRV_UNDO_TABLESPACE_SIZE_IN_PAGES)); //10MB

  if (fil_space_get_size(id()) > trunc_size) { //如果undo tablespace大小大于了innodb_max_undo_log_size
    return (true); //则进行清理
  }

十、总结

到这里开头的问题我们基本就了解了，如下：

del flag在事务提交后，由协调线程判定是否能够进行清理，如果可以清理会分发给工作线程进行清理，这是一个异步的过程，如果修改数据比较多，那么这个过程可能比较慢，并且可以看到purge的相关线程压力较大，但是还算及时。
purge线程总会积压一段时间才会进行History list length的清理，如果是小事务（每次修改的page小于innodb_purge_batch_size的设置），那么需要128个这种小事务才清理一次，如果是大事务那么修改两超过了（innodb_purge_batch_size*innodb_purge_rseg_truncate_frequency）的设置则进行一次清理，但是不管如何这个指标持续不为0是正常。如果较大那么可能意味着要么有大查询，要么purge的各个线程满负荷工作。如下,9281为一个purge的工作线程:

并且purge线程状态处于running状态

purge的协调线程会在每次事务提交的时候醒来，判断是否有需要清理的事务，如果长期没有事务到来那么会第一次等待10ms，超时过后进入长时间的堵塞等待状态。

全文完。

Enjoy MySQL :)

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