MySQL双写缓冲区（Doublewrite Buffer）深入解析

1、什么是 Double write Buffer

Doublewrite Buffer 是 MySQL 数据库中 InnoDB 存储引擎的一种机制，用于解决部分写失效的问题，提高数据完整性和可靠性。Doublewrite Buffer 是内存 + 磁盘的结构，包括内存结构和磁盘结构两个部分。

在内存结构中，Doublewrite Buffer 由 128 个页（Page）构成，大小是 2MB（128*16KB）。这些页在内存中以 Doublewrite Buffer 的形式存在。
在磁盘结构中，Doublewrite Buffer 在系统表空间上是 128 个页（2个区，extend1 和 extend2），大小也是 2MB。这些页在磁盘上以 Doublewrite File 的形式存在。

Doublewrite Buffer 的原理是在将数据页写到数据文件之前，先将它们写入 Doublewrite Buffer 的共享表空间内。在完成写入 Doublewrite Buffer 后，再将数据页写入到数据文件的适当位置。这种方式可以确保数据的一致性和完整性，因为在写入过程中发生意外崩溃时，可以从 Doublewrite Buffer 中找到完好的数据页副本用于恢复。

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当有数据页要被写入数据文件时，首先将页数据通过 memcpy 函数拷贝至内存中的 Doublewrite Buffer中。然后，Doublewrite Buffer 的内存中的数据页会刷写到 Doublewrite Buffer 的磁盘上，分两次写入磁盘共享表空间中（连续存储，顺序写，性能很高），每次写 1MB。完成 Doublewrite 页的写入之后，再将内存中的 Doublewrite Buffer 中的页写入到自己的表空间文件中。

通过这种方式，至少在两次写操作中，数据文件和 Doublewrite Buffer 文件中至少有一份数据是正确无误的。如果写磁盘过程发生了崩溃，那么 MySQL 重启时可以通过校验和来确认是否有错误数据，如果 Doublewrite Buffer 文件错误了，就从数据文件中拉取原始数据根据 redo log 得出正确的目标数据，而如果数据文件错误了，则将 Doublewrite Buffer 中的数据重新写入数据文件。

2、Doublewrite Buffer 工作流程

写操作触发：当执行 INSERT、UPDATE 或 DELETE 等写操作时，MySQL 首先将数据写入双写缓冲区。
同步到 Doublewrite File：随后，双写缓冲区中的数据被同步（flush）到 Doublewrite File 中。这个过程是由后台线程完成的，以确保数据的持久性。
实际数据写入：一旦 Doublewrite File 中的数据被确认已经写入磁盘，MySQL 就可以将这些数据写入实际的数据文件中。
恢复机制：如果在写操作过程中发生故障，MySQL 可以从 Doublewrite File 中恢复数据。由于 Doublewrite File 中的数据是完整的，因此可以用来修复损坏的数据文件，确保数据的完整性和一致性。

3、为什么需要 Doublewrite Buffer

从 MySQL 页（Page）和 Linux 页大小不同的角度来看，需要 Doublewrite Buffer 的原因主要是为了解决数据写入过程中的一致性和完整性问题。

首先，我们需要了解 MySQL 的页和 Linux 的页大小不同。MySQL 的页通常大小为 16KB，而 Linux 的页大小可能因系统配置而有所不同，但常见的默认大小是 4KB。这意味着，当 MySQL 写入一个页的数据时，实际上是写入了一个更大的块，这个块可能跨越了多个 Linux 页。

考虑以下场景：

假设 MySQL 正在写入一个页的数据，并且这个操作只完成了部分，比如只写了 50% 的数据。在这种情况下，如果直接将这个不完整的数据页写入数据文件，那么数据文件就会处于一个不一致的状态。某些查询可能会读取到这个不完整的数据页，导致数据损坏或不一致。

为了解决这个问题，Doublewrite Buffer 被引入。当 MySQL 写入一个数据页时，首先会将整个页写入 Doublewrite Buffer。这样，即使写操作只完成了部分，Doublewrite Buffer 中的数据仍然是完整的。然后，Doublewrite Buffer 中的数据再被同步（flush）到实际的数据文件中。这样，即使发生故障，也可以从 Doublewrite Buffer 中恢复数据，确保数据的完整性和一致性。

综上所述，Doublewrite Buffer 的存在是为了解决由于 MySQL 页和 Linux 页大小不同导致的数据写入过程中的一致性和完整性问题。通过将数据先写入 Doublewrite Buffer，然后再同步到实际的数据文件，可以确保数据的完整性和一致性，避免因故障导致的数据损坏或不一致问题。

4、Doublewrite Buffer 的参数

MySQL 的双写缓冲区可以通过以下参数进行配置：

innodb_doublewrite：控制是否启用双写缓冲区的参数。可以设置为 ON 或 OFF。默认为 ON。
innodb_doublewrite_file：指定 Doublewrite File 的路径和文件名。默认值为 ib_logfile0 和 ib_logfile1。
innodb_doublewrite_buffer_size：控制双写缓冲区大小的参数。默认值是 256KB。可以根据需要进行调整，但不应设置得过大或过小，以免影响系统性能或导致不必要的内存占用。