面试题：PostgreSQL Zheap引擎故障恢复机制的基本原理

Question

请简要阐述PostgreSQL Zheap引擎故障恢复机制的基本原理，包括涉及到的关键组件和大致流程。

Answer 1

关键组件

1. 预写式日志（Write - Ahead Log，WAL）：记录数据库的所有修改操作，是故障恢复的基础。每次事务对数据进行修改前，先将该修改操作记录到WAL日志中。
2. 检查点（Checkpoint）：定期将缓冲区中的脏数据（已修改但未持久化到磁盘的数据）刷新到磁盘，并在WAL日志中标记检查点记录。它能确定在故障恢复时需要重放的日志起点。

基本原理与大致流程

1. 正常运行时
   • 事务执行修改操作，先将修改记录写入WAL日志，确保日志已持久化到磁盘（fsync操作），然后才允许修改内存中的数据页。
   • 检查点进程定期工作，将内存中脏数据页刷回磁盘，并在WAL日志中写入检查点记录，记录当前所有已提交事务的LSN（日志序列号，用于标识WAL日志中的位置）。
2. 故障发生时
   • 数据库崩溃后重启。
3. 恢复流程
   • 分析阶段：从WAL日志末尾开始向前扫描，找到最近的检查点记录。确定需要重放的日志起点，即检查点记录中记录的所有已提交事务的LSN。同时，构建一个事务表，记录哪些事务在崩溃时处于活跃状态（未提交）。
   • 重做阶段（Redo）：从分析阶段确定的日志起点开始，重放WAL日志中的记录，将已提交事务对数据页的修改重新应用到数据库缓冲区（内存），恢复崩溃前已提交事务对数据的修改。
   • 撤销阶段（Undo）：对分析阶段确定的处于活跃状态的事务，反向扫描WAL日志，撤销这些未提交事务对数据页的修改，保证数据库的一致性。在撤销完成后，数据库恢复到崩溃前的一致状态。