面试题：MariaDB中purge命令清理binlog时如何保证数据一致性

Question

当在MariaDB中执行purge命令清理binlog时，数据库需要确保数据的一致性，防止因binlog清理而导致数据丢失或状态不一致。请详细说明MariaDB在底层实现中采取了哪些机制来达成这一目标。

Answer 1

1. GTID（全局事务标识符）机制：
   • 作用：GTID 是 MariaDB 中用于唯一标识一个事务的机制。在事务执行时，每个事务都会被分配一个 GTID。
   • 原理：当执行 purge 命令清理 binlog 时，系统可以通过 GTID 来跟踪事务的状态。只有当所有依赖于某个 GTID 事务的操作都已经完成并且持久化后，才允许清理相关的 binlog 记录。例如，如果一个从库正在基于某个 GTID 进行数据同步，主库不会清理包含该 GTID 的 binlog，直到确认从库已经应用了该 GTID 对应的事务。
2. 事务协调机制：
   • 两阶段提交（2PC）：
     • 作用：在事务提交过程中，确保所有涉及的存储引擎（如 InnoDB 等）对事务的提交或回滚达成一致，防止部分数据提交成功而部分失败导致的数据不一致。
     • 原理：第一阶段（准备阶段），事务协调者（通常是数据库内核）向所有参与事务的存储引擎发送 PREPARE 命令，存储引擎将事务相关的日志写入到各自的日志文件（如 InnoDB 的重做日志），但并不真正提交事务。此时，存储引擎向协调者回复 YES 或 NO，表示准备是否成功。第二阶段（提交或回滚阶段），如果所有存储引擎都回复 YES，协调者发送 COMMIT 命令，存储引擎正式提交事务；如果有任何一个存储引擎回复 NO，协调者发送 ROLLBACK 命令，所有存储引擎回滚事务。在 binlog 清理时，确保处于 PREPARE 状态的事务已经完成提交或回滚，不会因为 binlog 清理而中断事务的正常流程。
   • XA 事务：
     • 作用：XA 事务是一种分布式事务处理机制，适用于涉及多个资源管理器（如多个不同的存储引擎或不同的数据库实例）的事务。它确保在分布式环境下事务的原子性、一致性、隔离性和持久性（ACID）。
     • 原理：XA 事务由一个事务管理器（TM）和多个资源管理器（RM）组成。TM 负责协调事务的各个阶段，RM 负责管理本地资源（如存储引擎管理数据文件）。在事务执行过程中，TM 会与各个 RM 进行交互，执行 XA START、XA END、XA PREPARE、XA COMMIT 或 XA ROLLBACK 等操作，确保所有 RM 对事务的处理一致。在 binlog 清理时，XA 事务机制保证相关的事务已经正确完成，避免因 binlog 清理影响分布式事务的一致性。
3. 日志顺序与依赖关系跟踪：
   • binlog 与存储引擎日志关系：
     • 作用：MariaDB 中的 binlog 记录数据库的逻辑更改，而存储引擎（如 InnoDB）有自己的重做日志（redo log）记录物理更改。两者之间存在紧密的联系，确保数据的一致性。
     • 原理：在事务提交时，InnoDB 存储引擎会先将重做日志刷新到磁盘，然后再将 binlog 刷新到磁盘。这个顺序保证了即使在系统崩溃后，也能通过重做日志恢复到崩溃前的状态，并且 binlog 记录了完整的事务逻辑，用于数据备份和复制。在清理 binlog 时，系统会检查存储引擎日志的状态，确保存储引擎已经将 binlog 中记录的所有更改都持久化到数据文件中，不会因为 binlog 清理而导致存储引擎数据丢失或不一致。
   • 日志序列号（LSN）跟踪：
     • 作用：InnoDB 存储引擎使用日志序列号（LSN）来跟踪重做日志的写入和应用进度。每个重做日志记录都有一个 LSN，LSN 是单调递增的。
     • 原理：在 binlog 清理时，系统可以通过 LSN 来确认存储引擎是否已经应用了 binlog 中对应的更改。只有当存储引擎的当前 LSN 大于或等于 binlog 中记录的相关事务的结束 LSN 时，才可以安全地清理 binlog。这样可以保证在 binlog 清理时，存储引擎的数据状态已经与 binlog 记录的事务更改完全一致，不会丢失数据。
4. 复制与同步机制：
   • 主从复制：
     • 作用：在主从复制架构中，主库将 binlog 发送给从库，从库通过应用 binlog 来保持与主库的数据一致性。在 binlog 清理时，需要确保从库已经接收并应用了相关的 binlog。
     • 原理：主库在发送 binlog 给从库时，会记录从库的复制进度（如当前已经发送给从库的 binlog 位置）。从库会向主库报告自己的复制状态，包括已经应用的 binlog 位置。主库在执行 purge 命令清理 binlog 时，会检查从库的复制进度，只有当所有从库都已经应用了要清理的 binlog 部分时，才会真正清理该部分 binlog。这样可以防止从库因主库过早清理 binlog 而无法获取完整的数据同步信息，从而保证了主从库之间的数据一致性。
   • 多源复制：
     • 作用：多源复制允许一个从库同时从多个主库复制数据。在这种情况下，binlog 清理需要更加谨慎，确保各个主库的 binlog 清理不会影响从库从多个主库同步数据的一致性。
     • 原理：从库会分别跟踪每个主库的复制进度和 binlog 应用情况。主库在清理 binlog 时，同样会考虑从库对于该主库 binlog 的复制进度。同时，从库自身也会协调多个主库 binlog 的应用顺序，以保证数据的一致性。例如，从库可能会根据 GTID 或其他标识来确保来自不同主库的事务按正确顺序应用，避免因 binlog 清理导致数据同步错误。