浅谈SQL Server中的事务日志(二)----事务日志在修改数据时的角色

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简介    每一个SQL Server的数据库都会按照其修改数据(insert,update,delete)的顺序将对应的日志记录到日志文件.SQL Server使用了Write-Ahead logging技术来保证了事务日志的原子性和持久性.而这项技术不仅仅保证了ACID中的原子性(A)和持久性(D),还大大减少了IO操作，把对数据的修改提交到磁盘的工作交给lazy-writer和checkpoint.本文主要讲述了SQL Server修改数据时的过程以及相关的技术。

预写式日志（Write-Ahead Logging (WAL)）    SQL Server使用了WAL来确保了事务的原子性和持久性.实际上，不光是SQL Server,基本上主流的关系数据库包括oracle,mysql,db2都使用了WAL技术.
    WAL的核心思想是:在数据写入到数据库之前，先写入到日志.
    因为对于数据的每笔修改都记录在日志中，所以将对于数据的修改实时写入到磁盘并没有太大意义，即使当SQL Server发生意外崩溃时，在恢复(recovery)过程中那些不该写入已经写入到磁盘的数据会被回滚(RollBack),而那些应该写入磁盘却没有写入的数据会被重做(Redo)。从而保证了持久性(Durability)
    但WAL不仅仅是保证了原子性和持久性。还会提高性能.
    硬盘是通过旋转来读取数据,通过WAL技术，每次提交的修改数据的事务并不会马上反映到数据库中，而是先记录到日志.在随后的CheckPoint和lazy Writer中一并提交,如果没有WAL技术则需要每次提交数据时写入数据库:
   

                               
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       而使用WAL合并写入，会大大减少磁盘IO：
      

                               
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     也许你会有疑问，那每次对于修改的数据还是会写入日志文件.同样消耗磁盘IO。上篇文章讲过，每一笔写入日志的记录都是按照先后顺序，给定顺序编号的LSN进行写入的，日志只会写入到日志文件的逻辑末端。而不像数据那样，可能会写到磁盘的各个地方.所以，写入日志的开销会比写入数据的开销小很多。

SQL Server修改数据的步骤     SQL Server对于数据的修改,会分为以下几个步骤顺序执行:
     1.在SQL Server的缓冲区的日志中写入”Begin Tran”记录
     2.在SQL Server的缓冲区的日志页写入要修改的信息
     3.在SQL Server的缓冲区将要修改的数据写入数据页
     4.在SQL Server的缓冲区的日志中写入”Commit”记录
     5.将缓冲区的日志写入日志文件
     6.发送确认信息(ACK)到客户端(SMSS,ODBC等）

     可以看到,事务日志并不是一步步写入磁盘.而是首先写入缓冲区后，一次性写入日志到磁盘.这样既能在日志写入磁盘这块减少IO，还能保证日志LSN的顺序.
     上面的步骤可以看出，即使事务已经到了Commit阶段，也仅仅只是把缓冲区的日志页写入日志，并没有把数据写入数据库.那将要修改的数据页写入数据库是在何时发生的呢?

Lazy Writer和CheckPoint    上面提到，SQL Server修改数据的步骤中并没有包含将数据实际写入到磁盘的过程.实际上，将缓冲区内的页写入到磁盘是通过两个过程中的一个实现：
     这两个过程分别为:
     1.CheckPoint
     2.Lazy Writer
    任何在缓冲区被修改的页都会被标记为“脏”页。将这个脏页写入到数据磁盘就是CheckPoint或者Lazy Writer的工作.
    当事务遇到Commit时，仅仅是将缓冲区的所有日志页写入磁盘中的日志文件:
   

                               
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     而直到Lazy Writer或CheckPoint时，才真正将缓冲区的数据页写入磁盘文件:
   

                               
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    前面说过，日志文件中的LSN号是可以比较的，如果LSN2>LSN1,则说明LSN2的发生时间晚于LSN1的发生时间。CheckPoint或Lazy Writer通过将日志文件末尾的LSN号和缓冲区中数据文件的LSN进行对比，只有缓冲区内LSN号小于日志文件末尾的LSN号的数据才会被写入到磁盘中的数据库。因此确保了WAL（在数据写入到数据库之前，先写入日志)。

Lazy Writer和CheckPoint的区别    Lazy Writer和CheckPoint往往容易混淆。因为Lazy Writer和CheckPoint都是将缓冲区内的“脏”页写入到磁盘文件当中。但这也仅仅是他们唯一的相同点了。
    Lazy Writer存在的目的是对缓冲区进行管理。当缓冲区达到某一临界值时，Lazy Writer会将缓冲区内的脏页存入磁盘文件中，而将未修改的页释放并回收资源。
    而CheckPoint存在的意义是减少服务器的恢复时间(Recovery Time).CheckPoint就像他的名字指示的那样，是一个存档点.CheckPoint会定期发生.来将缓冲区内的“脏”页写入磁盘。但不像Lazy Writer,Checkpoint对SQL Server的内存管理毫无兴趣。所以CheckPoint也就意味着在这个点之前的所有修改都已经保存到了磁盘.这里要注意的是：CheckPoint会将所有缓冲区的脏页写入磁盘，不管脏页中的数据是否已经Commit。这意味着有可能已经写入磁盘的“脏页”会在之后回滚（RollBack).不过不用担心，如果数据回滚，SQL Server会将缓冲区内的页再次修改，并写入磁盘。
    通过CheckPoint的运作机制可以看出，CheckPoint的间歇(Recovery Interval)长短有可能会对性能产生影响。这个CheckPoint的间歇是一个服务器级别的参数。可以通过sp_config进行配置，也可以在SSMS中进行配置:
   

                               
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    恢复间歇的默认参数是0，意味着由SQL Server来管理这个回复间隔。而自己设置恢复间隔也是需要根据具体情况来进行界定。更短的恢复间歇意味这更短的恢复时间和更多的磁盘IO，而更长的恢复间歇则带来更少的磁盘IO占用和更长的恢复时间.
    除了自动CheckPoint之外，CheckPoint还会发生在Alter DataBase以及关闭SQL Server服务器时。sysadmin和db_backupoperator组的成员以及db_owner也可以使用CheckPoint指令来手动保存CheckPoint:
   

                               
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    通过指定CheckPoint后的参数，SQL Server会按照这个时间来完成CheckPoint过程，如果时间指定的短，则SQL Server会使用更多的资源优先完成CheckPoint过程。
    通常情况下，将“脏”页写入磁盘的工作，Lazy Writer要做的比CheckPoint会多出许多。

总结    本文简单介绍了WAL的概念和修改数据库对象时，日志所扮演的角色。还分别介绍了CheckPoint和Lazy Writer,对于这些概念的理解是理解SQL Server DBA工作的基础。下篇文章将会讲述在简单恢复模式下日志的机制。