故障分析 | 崩溃恢复巨慢原因分析

发布时间:2020-11-13 浏览次数:315

关键字:MySQL配置MySQL迁移MySQL设计

作者:xuty

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一、现象

有个 MySQL 5.7 开发库异常挂掉后,奔溃恢复一直处于如下位置,且持续了 2 小时左右才起来。非常疑惑这段时间 MySQL 到底做了什么事情?居然需要这么长时间。

虽说这里虚拟机的IOPS 并不是很高,但也绝对不需要这么久吧?而且从日志输出来看,这块应该也不是在做真正的数据恢复,那么也可以排除是大事务回滚导致的耗时长,那么原因到底是啥呢?

值得注意的是,这台开发库上面有将近 1500 个库和上万张表,难道 MySQL 崩溃恢复时长表的数量也存在一定关系嘛?


二、分析栈帧

在 MySQL 崩溃恢复时,用 pstack 打了栈帧,再用 pt-pmp 工具分析栈帧后显示如下:

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

根据函数名字,感觉像是在遍历校验每个表空间文件的有效性?,难道 MySQL 崩溃恢复时会额外进行校验操作?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)

直接去分析源码感觉有点找不到切入点,因为不知道正常启动是不是也是这样的函数调用。

为了知道正常启动崩溃恢复的区别,先在本地的 MySQL  5.7.26 环境中用 GDB 调试 MySQL 启动过程,看下正常启动和崩溃恢复的函数调用有哪些区别,再针对性的去分析源码比较好。

-- 将之前的栈帧弄成了树状,便于分析>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

正常启动 GDB 调试结果:

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 正常启动就不会执行,看样子是 fil_ibd_open 函数中做了某些判断。

崩溃恢复 GDB 调试结果:

一边用 sysbench 压,一边直接 kill -9 进程就可以模拟崩溃恢复,同样从上到下,依次打断点函数,发现会走到 Datafile::validate_to_dd 这个函数中,Continue 后会一直断点在这个函数上,说明外层包装了一层循环会遍历所有表,如果继续增加断点函数的话,发现绝大部分表会继续走下去,直到 os_file_io,而小部分表则不会继续走下去。


四、源码分析

4.1. fil_ibd_open

我们先去 fil_ibd_open 函数中看下,进入 Datafile::validate_to_dd 函数的判断条件,发现主要和一个 validate 参数有关,如果为 false 则可以跳过检测,为 true 则需要进入 Datafile::validate_to_dd 函数。

4.2. innobase_start_or_create_for_mysql

然后我们需要看下 validate 参数的定义,分析崩溃恢复与正常启动的区别。

发现 validate 参数 最早是在 innobase_start_or_create_for_mysql 函数中定义的,并且其注释已经解释的非常详细。

1. 正常启动:直接为每张表的创建 space object 即可,不需要打开 ibd 文件的 header page 进行表空间校验。

2. 崩溃恢复:为了数据字典的一致性,需要遍历打开所有 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打开时,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,而当数据库包含许多 ibd 文件时,这个过程就会比较久,所以只在崩溃恢复且非强制恢复时执行表空间校验操作!

4.3. recv_needed_recovery & srv_force_recovery 

接着我们来看下决定 validate值的2 个参数:recv_needed_recovery 与 srv_force_recovery,默认崩溃恢复时,recv_needed_recovery = 1 而 srv_force_recovery = 0 ,所以 validate = true,即需要进行表空间校验。

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 方法将 recv_needed_recovery 置为 1。只有当 MySQL 正常关闭时,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,所以即使你什么都不做,直接 kill -9 进程,也算是崩溃重启。

LOG---Log sequence number 2563079308Log flushed up to   2563079308Pages flushed up to 2563079308Last 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,即只要配置了强制恢复,srv_force_recovery  就会大于 0。

4.4. dict_check_tablespaces_and_store_max_id

最后看下 dict_check_tablespaces_and_store_max_id 函数,根据注释介绍,这个函数会检查所有在数据字典中发现的表空间, 先检查每个共享表空间,然后检查每个独立表空间。

崩溃恢复中,部分表空间已经在处理 redolog 时被打开(对应之前 GDB 调试时部分表未继续走下去),而其他没有被打开的表空间,将会通过比较数据字典中的 space_id 与表空间文件是否一致的方式进行验证(也就是之前所说的表空间校验过程)。


五、测试验证

到这里,原理大概已经知道了,主要就是:MySQL 在崩溃恢复时,会遍历打开所有 ibd 文件的 header page 验证数据字典的准确性,如果 MySQL 中包含了大量表,这个校验过程就会比较耗时。

那么我们可以模拟下这个场景,进一步验证,比如在测试库中用 sysbench 建 50W 张空表,然后模拟非正常关闭,对比下崩溃恢复时长。

可以看到 MySQL 下崩溃恢复确实和表数量有关,表总数越大,崩溃恢复时间越长。另外磁盘 IOPS 也会影响崩溃恢复时间,像这里开发库的 HDD IOPS 较低,因此面对大量的表空间,校验速度就非常缓慢。

另外一个发现,MySQL 8 下正常启用时居然也会进行表空间校验,而故障恢复时则会额外再进行一次表空间校验,等于校验了 2 遍。不过 MySQL 8.0 里多了一个特性,即表数量超过 5W 时,会启用多线程扫描,加快表空间校验过程。

MySQL 8.0.21 开始可以通过 innodb_validate_tablespace_paths 参数关闭正常启动时的表空间校验过程。


六、如何跳过校验

MySQL 5.7 下有方法可以跳过崩溃恢复时的表空间校验过程嘛?查阅了资料,方法主要有两种:

1. 配置 innodb_force_recovery

可以使 srv_force_recovery != 0  ,那么 validate  = false,即可以跳过表空间校验。实际测试的时候设置 innodb_force_recovery =1,也就是强制恢复跳过坏页,就可以跳过校验,然后重启就是正常启动了。通过这种临时方式可以避免崩溃恢复后非常耗时的表空间校验过程,快速启动 MySQL,个人目前暂时未发现有什么隐患。

2. 使用共享表空间替代独立表空间

这样就不需要打开 N 个 ibd 文件了,只需要打开一个 ibdata 文件即可,大大节省了校验时间。自从听了姜老师讲过使用共享表空间替代独立表空间解决 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,反而更有优势。

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

临时冒出另外一种解决想法,即用 GDB 调试崩溃恢复,通过临时修改 validate 变量值让 MySQL 跳过表空间验证过程,然后让 MySQL 正常关闭,重新启动就可以正常启动了。

但是实际测试发现,如果以 debug 模式运行,确实可以临时修改 validate 变量,跳过表空间验证过程,但是 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,则无法修改 validate 变量,想法破灭。

附录:
https://dev.mysql.com/worklog/task/?id=7142
http://blog.symedia.pl/2015/11/mysql-56-and-57-crash-recovery.html
https://www.percona.com/community-blog/2019/07/23/impact-of-innodb_file_per_table-option-on-crash-recovery-time/
https://jira.mariadb.org/browse/MDEV-18733


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