人人都是 DBA(VI)SQL Server 事务日志

SQL Server 的数据库引擎通过事务服务(Transaction Services)提供事务的 ACID 属性支持。ACID 属性包括:

  • 原子性(Atomicity)
  • 一致性(Consistency)
  • 隔离性(Isolation)
  • 持久性(Durability)

事务日志(Transaction Log)

事务日志(Transaction Log)存储的是对数据库所做的更改信息,让 SQL Server 有机会恢复数据库。而恢复(Recovery)的过程就是使数据文件与日志保持一致的过程。任何在日志中指示已经提交的数据更改必须出现在数据文件中,任何未标记为提交的更改不能出现在数据文件中。

预写日志(Write-ahead Logging)功能确保在真正发生变化的数据页写入磁盘前,始终先在磁盘中写入日志记录,使得任务回滚成为可能。写入事务日志(Transaction Log)是同步的,即 SQL Server 必须等它完成。但写入数据页可以是异步的,所以可以在缓存中组织需要写入的数据页进行批量写入,以提高写入性能。

事务日志用于保证 SQL Server 在语句或系统出现故障时的可恢复性,并允许将备份的日志应用到数据库上。但事务日志并没有提供很好的可读性,实际上读取事务日志通常也不会获取到太多有用信息。更推荐的跟踪记录机制是使用 SQL Server Profiler 等工具,以筛选和捕获有用的信息。

比如,我们使用下面的 SQL 来创建一张简单的 Table,来尝试观察事务日志的变化。

CREATE TABLE [dbo].[Customer](
    [Id] [bigint] IDENTITY(1,1) NOT NULL,
    [Name] [nvarchar](256) NOT NULL,
    [Address] [nvarchar](max) NULL,
    [Phone] [nvarchar](256) NULL
) ON [PRIMARY]

插入一条记录。

INSERT INTO [dbo].[Customer]
           ([Name]
           ,[Address]
           ,[Phone])
     VALUES
           (Dennis Gao
           ,Beijing Haidian
           ,88888888)

使用 DBCC LOG 命名可以先观察产生的序列。

DBCC LOG([TEST])

使用系统提供的函数 sys.fn_dblog 来查看当前的事务日志记录,可以列出很多详细信息,这里只显示了几个常用的列。

SELECT [Current LSN]
    ,[Operation]
    ,[Context]
    ,[Transaction ID]
    ,[Log Record Length]
    ,[Previous LSN]
    ,[AllocUnitId]
    ,[AllocUnitName]
    ,[Page ID]
    ,[Slot ID]
    ,[Xact ID]
FROM sys.fn_dblog(NULL, NULL)

事务日志总是连续的并且是顺序的,按照 LSN(Log Sequence Number)的顺序排列。从查询的尾部可以查看 AllocUnitName 操作的数据表名称。

对应的 Operation 是 LOP_INSERT_ROWS,Context 是 LCX_HEAP,也就是插入数据到堆表。同时发现 Page ID 是 0001:00000078,也就是十进制的 120 号页面。

可以使用 DBCC PAGE 命令查看 Page 页信息。

dbcc page ( {dbname | dbid}, filenum, pagenum [, printopt={0|1|2|3} ])
DBCC TRACEON(3604, -1)
GO

DBCC PAGE([TEST], 1, 120, 3)  
GO
PAGE: (1:120)


BUFFER:


BUF @0x000000027D15AC80

bpage = 0x000000026B6BA000          bhash = 0x0000000000000000          bpageno = (1:120)
bdbid = 7                           breferences = 0                     bcputicks = 0
bsampleCount = 0                    bUse1 = 8595                        bstat = 0x10b
blog = 0x1215accc                   bnext = 0x0000000000000000          

PAGE HEADER:


Page @0x000000026B6BA000

m_pageId = (1:120)                  m_headerVersion = 1                 m_type = 1
m_typeFlagBits = 0x0                m_level = 0                         m_flagBits = 0x8000
m_objId (AllocUnitId.idObj) = 87    m_indexId (AllocUnitId.idInd) = 256 
Metadata: AllocUnitId = 72057594043629568                                
Metadata: PartitionId = 72057594039107584                                Metadata: IndexId = 0
Metadata: ObjectId = 565577053      m_prevPage = (0:0)                  m_nextPage = (0:0)
pminlen = 12                        m_slotCnt = 1                       m_freeCnt = 8005
m_freeData = 185                    m_reservedCnt = 0                   m_lsn = (33:460:24)
m_xactReserved = 0                  m_xdesId = (0:0)                    m_ghostRecCnt = 0
m_tornBits = 0                      DB Frag ID = 1                      

Allocation Status

GAM (1:2) = ALLOCATED               SGAM (1:3) = ALLOCATED              
PFS (1:1) = 0x61 MIXED_EXT ALLOCATED  50_PCT_FULL                        DIFF (1:6) = CHANGED
ML (1:7) = NOT MIN_LOGGED           

Slot 0 Offset 0x60 Length 89

Record Type = PRIMARY_RECORD        Record Attributes =  NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size = 89                    
Memory Dump @0x000000000BE5A060

0000000000000000:   30000c00 01000000 00000000 04000003 002b0049  0................+.I
0000000000000014:   00590044 0065006e 006e0069 00730020 00470061  .Y.D.e.n.n.i.s. .G.a
0000000000000028:   006f0042 00650069 006a0069 006e0067 00200048  .o.B.e.i.j.i.n.g. .H
000000000000003C:   00610069 00640069 0061006e 00380038 00380038  .a.i.d.i.a.n.8.8.8.8
0000000000000050:   00380038 00380038 00                          .8.8.8.8.

Slot 0 Column 1 Offset 0x4 Length 8 Length (physical) 8

Id = 1                              

Slot 0 Column 2 Offset 0x17 Length 20 Length (physical) 20

Name = Dennis Gao                   

Address = [BLOB Inline Data] Slot 0 Column 3 Offset 0x2b Length 30 Length (physical) 30

000000000BE4FC70:   42006500 69006a00 69006e00 67002000 48006100  B.e.i.j.i.n.g. .H.a.
000000000BE4FC84:   69006400 69006100 6e00                        i.d.i.a.n.

Slot 0 Column 4 Offset 0x49 Length 16 Length (physical) 16

Phone = 88888888   

可以看出上面的 SQL 语句 Insert 了数据 Id = 1, Name = Dennis Gao, Phone = 88888888。

虚拟日志文件(VLF:Virtual Log File)

不管为事务日志定义多少个物理文件,SQL Server 总是把日志当成连续流(Contiguous Stream)来对待。当 DBCC SHRINKDATABASE 命令确认日志可以缩小多少时,它不是单独考虑每个日志文件,而是根据整个日志来确定可压缩大小。

SQL Server 数据库的事务日志是通过虚拟日志文件(VLF:Virtual Log File)来管理的,VLF 的大小由 SQL Server 根据日志的总大小和日志增量大小来决定,不能通过配置指定。如果 VLF 数量变多会导致数据库性能下降,所以需要指定合理的日志文件初始大小和增长步长,防止过多的 VLF 的产生。

SQL Server 会根据如下规则来判断 VLF 的数量:

 日志大小 

 VLF 数量 

Size <= 1MB 

 将日志文件大小除以最小 VLF 大小(31KB*8KB)确定个数 

1MB < Size <= 64MB

 4 个

 64MB < Size <= 1GB 

 8 个

Size > 1GB

 16 个

当日志持续增长时,会使用相同的方式确定新添加的 VLF 的数量。日志总是以整个 VLF 为单位增长,而且缩小也只能到 VLF 的边界为止。

VLF 可以处于以下 4 种状态之一。

  • Active:日志的活动部分,从未提交事务的最小 LSN 开始,结束于最后一个写入的 LSN。
  • Recoverable:在最早的活动事务之前的那部分日志。
  • Reusable:如果日志已经被备份,则不需要最早活动事务之前的 VLF,可重用这些空间。日志截断或备份会将 Recoverable VLF 转换成 Reusable VLF。
  • Unused:未使用的部分。

可以使用下面的 SQL 查询 VLF 的数量。

CREATE TABLE #VLFInfo (
    RecoveryUnitID INT
    ,FileID INT
    ,FileSize BIGINT
    ,StartOffset BIGINT
    ,FSeqNo BIGINT
    ,[Status] BIGINT
    ,Parity BIGINT
    ,CreateLSN NUMERIC(38)
    );

CREATE TABLE #VLFCountResults (
    DatabaseName SYSNAME
    ,VLFCount INT
    );

EXEC sp_MSforeachdb NUse [?]; 

                INSERT INTO #VLFInfo 
                EXEC sp_executesql N‘‘DBCC LOGINFO([?])‘‘; 
     
                INSERT INTO #VLFCountResults 
                SELECT DB_NAME(), COUNT(*) 
                FROM #VLFInfo; 

                TRUNCATE TABLE #VLFInfo;

SELECT DatabaseName
    ,VLFCount
FROM #VLFCountResults
ORDER BY VLFCount DESC;

DROP TABLE #VLFInfo;

DROP TABLE #VLFCountResults;

可以使用 DBCC LOGINFO 命令进一步观察 VLF 的相关属相。

DBCC LOGINFO

SQL Server 可以配置多个物理日志文件当做一个序列流来对待。如果管理良好,定期备份或截断日志,可能永远都不会使用除第一个文件之外的其他日志文件。当需要新的 VLF 时,多个物理文件中都没有可用 VLF,则会以循环的方式把新的 VLF 添加到每个物理日志文件中。

自动截断模式(Auto Truncate Model)

如果 SQL Server 设置了如下情况,则认为没有维护日志备份:

  • 设置 SIMPLE 恢复模型,数据库会定期截断日志。
  • 从未进行过完全数据库备份。

以上任何一种情况下,SQL Server 会处于自动截断模式(Auto Truncate Model)中,当数据库事务日志满时就会进行截断。这里的 "满" 指的是日志记录的数量比在系统启动过程中、在合理的时间内能够重做的数量多。

判断数据库是否在自动截断模式的最简单的方法是查询 sys.database_recovery_status 目录视图,如果 last_log_backup_lsn 列为空,则数据库就是处于自动截断模式。

SELECT * FROM sys.database_recovery_status;

可以通过 DBCC SQLPERF 命名来查看日志文件大小。

DBCC SQLPERF(logspace)

当然,也可以通过系统提供的目录视图来查看。

SELECT instance_name AS [Database]
    ,cntr_value AS [LogFull(%)]
FROM sys.dm_os_performance_counters
WHERE counter_name LIKE Percent Log Used%
    AND instance_name NOT IN (
        _Total
        ,mssqlsystemresource
        )
    AND cntr_value > 0
ORDER BY [LogFull(%)] DESC;

可以使用 DBCC 命令来压缩事务日志文件,下面是 DBCC SHRINKDATABASE 和 DBCC SHRINKFILE 的语法。

DBCC SHRINKDATABASE 
( database_name | database_id | 0 
     [ , target_percent ] 
     [ , { NOTRUNCATE | TRUNCATEONLY } ] 
)
[ WITH NO_INFOMSGS ]

DBCC SHRINKFILE 
(
    { file_name | file_id } 
    { [ , EMPTYFILE ] 
    | [ [ , target_size ] [ , { NOTRUNCATE | TRUNCATEONLY } ] ]
    }
)
[ WITH NO_INFOMSGS ]

 

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