Форматы файлов
Чтобы поддерживать персистентность данных, Tarantool записывает каждый запрос изменения данных (insert, update, delete, replace, upsert) в файл журнала упреждающей записи (WAL-файл) в директорию wal_dir. Новый WAL-файл создается для количества записей, определенного в параметре rows_per_wal, или для количества байтов, указанного в wal_max_size . Каждому запросу на изменение данных присваивается постоянно возрастающее 64-битное число, представляющее собой регистрационный номер в журнале (LSN). Название WAL-файла состоит из LSN первой записи в файле плюс расширение .xlog.
Помимо номера записи в журнале (LSN) и запроса на изменение данных (в формате бинарного протокола Tarantool), каждая запись в WAL-файле содержит заголовок, некоторые метаданные, а также данные, форматированные по правилам msgpack. Например, так выглядит WAL-файл после первого запроса вставки INSERT («s:insert({1})») для базы данных из песочницы, созданной в упражнениях в «Руководстве для начинающих». Слева представлены шестнадцатеричные байты, которые можно просмотреть с помощью:
$ hexdump 00000000000000000000.xlog
а справа – комментарии.
Шестнадцатеричный дамп WAL-файла Комментарий
-------------------- -------
58 4c 4f 47 0a "XLOG\n"
30 2e 31 33 0a "0.13\n" = version
53 65 72 76 65 72 3a 20 "Server: "
38 62 66 32 32 33 65 30 2d [Server UUID]\n
36 39 31 34 2d 34 62 35 35
2d 39 34 64 32 2d 64 32 62
36 64 30 39 62 30 31 39 36
0a
56 43 6c 6f 63 6b 3a 20 "Vclock: "
7b 7d "{}" = vclock value, initially blank
... (not shown = tuples for system spaces)
d5 ba 0b ab Magic row marker always = 0xab0bbad5
19 Length, not including length of header, = 25 bytes
00 Record header: previous crc32
ce 8c 3e d6 70 Record header: current crc32
a7 cc 73 7f 00 00 66 39 Record header: padding
84 msgpack code meaning "Map of 4 elements" follows
00 02 element#1: tag=request type, value=0x02=IPROTO_INSERT
02 01 element#2: tag=server id, value=0x01
03 04 element#3: tag=lsn, value=0x04
04 cb 41 d4 e2 2f 62 fd d5 d4 element#4: tag=timestamp, value=an 8-byte "Float64"
82 msgpack code meaning "map of 2 elements" follows
10 cd 02 00 element#1: tag=space id, value=512, big byte first
21 91 01 element#2: tag=tuple, value=1-element fixed array={1}
Tarantool обрабатывает запросы атомарно: изменение либо принимается и записывается в WAL-файл, или полностью исключается. Проясним, как этом работает, используя в качестве примера REPLACE-запрос:
- Экземпляр сервера пытается найти оригинальный кортеж по первичному ключу. Если кортеж найден, ссылка на него сохраняется для дальнейшего использования.
- Происходит проверка нового кортежа. Например, если в нем нет проиндексированного поля, или же тип проиндексированного поля не совпадает с типом в определении индекса, изменение прерывается.
- Новый кортеж заменяет старый кортеж во всех существующих индексах.
- В процесс записи WAL, запущенный в отдельном потоке, отправляется сообщение о необходимости внесения записи в WAL-файл. Экземпляр переключается на работу со следующим запросом, пока запись не будет подтверждена.
- При успешном выполнении на клиент отправляется подтверждение. В случае ошибки начинается процедура отката. Во время процедуры отката поток обработки транзакций откатывается все изменения в базу данных, которые произошли после первого невыполненного изменения, от последнего с первому, вплоть до первого невыполненного изменения. Все запросы, которые подверглись откату, прерываются с ошибкой
ER_WAL_IO. Новые изменения не применяются во время отката. По окончании процедуры отката сервер повторно запускает конвейер обработки операций.
Одно из преимуществ описанного алгоритма заключается в том, что достигается полная обработка запроса по конвейеру даже для запросов с одинаковым значением первичного ключа. В результате производительность базы данных не падает, даже если все запросы относятся к одному ключу в одном спейсе.
Поток обработки транзакций взаимодействует с потоком записи в журнал упреждающей записи с помощью асинхронного (однако надежного) обмена сообщениями. Поток обработки транзакций, который не блокируется при задачах записи в журнал, продолжает быстро обрабатывать запрос даже при большом объеме дискового ввода-вывода. Ответ на запрос отправляется по готовности, даже если ранее на том же соединении были незавершенные запросы. В частности, на производительность выборки не влияет загрузка диска, даже если SELECT-запросы передаются вместе с запросами UPDATE и DELETE.
При записи в WAL можно применять различные режимы долговечности, что определяет конфигурационная переменная wal_mode. Можно полностью отключить журнал упреждающей записи, присвоив wal_mode значение none. Даже без журнала упреждающей записи возможно сделать персистентную копию всего набора данных с помощью запроса box.snapshot().
Файл в формате .xlog всегда содержит изменения на основании первичного ключа. Даже если клиент запрашивает обновление или удаление по вторичному ключу, запись в файле в формате .xlog будет содержать первичный ключ.
Формат файла снимка .snap практически такой же, что и формат WAL-файла .xlog. Тем не менее, заголовок снимка отличается: он содержит глобально уникальный идентификатор экземпляра и положения файла снимка в истории относительно более ранних файлов снимка. Кроме того, отличается содержание: .xlog-файл может содержать записи о любых запросах изменения данных (вставка, обновление, обновление и вставка и удаление), а .snap-файл может содержать лишь записи о вставках в спейсы memtx’а.
В первую очередь записи в .snap-файле упорядочены по идентификатору спейса. Таким образом, записи в системные спейсы – такие как _schema, _space, _index, _func, _priv и _cluster – будут находиться в начале .snap-файла до записей в другие спейсы, созданные пользователями.
Во вторую очередь записи в .snap-файле упорядочены по первичному ключу.
Файлы форматов .xlog и .snap выглядят практически одинаково. Заголовок выглядит так:
<type>\n SNAP\n или XLOG\n
<version>\n в данный момент 0.13\n
Server: <server_uuid>\n где UUID -- это 36-байтная строка
VClock: <vclock_map>\n например, {1: 0}\n
\n
После файла заголовка идут кортежи с данными. Кортежи начинаются с маркера строки 0xd5ba0bab, а после последнего кортежа может стоять маркер конца файла 0xd510aded. Таким образом, между заголовком файла и маркером конца файла могут быть кортежи с данными в следующем виде:
0 3 4 17
+-------------+========+============+===========+=========+
| | | | | |
| 0xd5ba0bab | LENGTH | CRC32 PREV | CRC32 CUR | PADDING |
| | | | | |
+-------------+========+============+===========+=========+
MP_FIXEXT2 MP_INT MP_INT MP_INT ---
+============+ +===================================+
| | | |
| HEADER | | BODY |
| | | |
+============+ +===================================+
MP_MAP MP_MAP