面试题：深入分析MariaDB在GTID机制下的故障恢复策略

Question

假设在使用MariaDB的GTID机制时，系统发生崩溃故障，从GTID的工作原理出发，详细说明MariaDB是如何确保事务的一致性和完整性，完成故障恢复的？期间涉及到哪些关键的日志和机制？

Answer 1

1. GTID工作原理概述

• GTID（全局事务标识符）是一个在主从复制环境中唯一标识每个事务的编号。每个GTID由两部分组成：源服务器的UUID和事务编号。例如，55879c9a-3c9c-11e6-8d0d-002590496610:1，其中55879c9a-3c9c-11e6-8d0d-002590496610是源服务器的UUID，1是该服务器上的事务编号。
• 当一个事务在主库执行并提交时，它会被分配一个GTID。这个GTID会被记录在二进制日志（binary log）中，同时也会更新到mysql.gtid_executed系统表中。从库在复制主库的日志时，会根据GTID来识别和应用事务，确保从库与主库的数据一致性。

2. 故障恢复过程确保事务一致性和完整性的机制

• 崩溃恢复（Crash Recovery）：
  • MariaDB使用InnoDB存储引擎，InnoDB有崩溃恢复机制。在系统崩溃后，InnoDB会根据重做日志（redo log）和回滚日志（undo log）来恢复到崩溃前的状态。
  • 重做日志：在事务执行过程中，InnoDB会将修改操作记录到重做日志中。这些记录是顺序写入的，效率较高。当系统崩溃后，InnoDB会从重做日志中读取记录，重新执行那些已经提交但未完全持久化到数据文件的事务，从而确保已提交事务的修改被持久化，保证事务的持久性（Durability）。
  • 回滚日志：记录了事务执行过程中的反向操作。当系统崩溃时，对于那些未提交的事务，InnoDB会根据回滚日志中的记录撤销这些未完成事务对数据的修改，确保事务的原子性（Atomicity），即未提交的事务不会对数据造成影响。
• GTID与崩溃恢复的结合：
  • 在崩溃恢复完成后，MariaDB会利用GTID机制来进一步确保主从复制环境下的数据一致性。
  • MariaDB会检查mysql.gtid_executed系统表，该表记录了已经执行过的GTID集合。如果在崩溃前有部分事务已经写入二进制日志但未完全应用到从库，在恢复后，主库会根据mysql.gtid_executed中的记录，向从库重新发送这些未应用的事务对应的二进制日志，从库根据GTID来准确识别并应用这些事务，从而保证主从数据的一致性。

3. 涉及的关键日志和机制

• 二进制日志（Binary Log）：记录了数据库的所有修改操作，用于主从复制和数据恢复。在故障恢复后，主库通过二进制日志向从库发送未应用的事务。
• 重做日志（Redo Log）：用于崩溃恢复，确保已提交事务的修改在系统崩溃后能够重新应用，保证事务的持久性。
• 回滚日志（Undo Log）：用于回滚未提交的事务，在系统崩溃后撤销未完成事务的修改，保证事务的原子性。
• GTID机制：通过唯一标识每个事务的GTID，确保在主从复制环境中事务的准确应用和数据一致性，特别是在故障恢复后，帮助主从库同步未完成的事务。
• mysql.gtid_executed系统表：记录了已经执行过的GTID集合，是MariaDB在故障恢复后进行主从同步的重要依据。