MySQL内核月报 2014.08-MySQL· 参数故事·timed_mutexes

<b>提要</b>

mysql 5.5.39 release版本正式从源码里删除了全局参数timed_mutexes。timed_mutexes原本用来控制是否对innodb引擎的mutex wait进行计时统计，以方便进行性能诊断。为什么要删除这个参数呢？ 下面介绍下相关背景：

<b>innodb的同步锁机制</b>

innodb封装了mutex和rw_lock结构来保护内存的变量和结构,进行多线程同步，考虑可移植性， mutex使用lock_word或者os mutex来保证原子操作，并使用event条件变量进行阻塞和唤醒操作。

<b>innodb同步锁引入的数据结构和开销</b>

<b>1. 全局mutex链表</b>

innodb引入了一个全局的链表ut_list_base_node_t mutex_list，并使用一个单独的mutex来保护链表。 所有的mutex在create或者free的时候来修改链表，有了全局链表，也使统计汇总有了可能性，参考命令“show engine innodb mutex”. 虽然需要维护一个全局的链表，但这并不会影响太多的性能，因为大部分的mutex的生命周期都是从innodb启动一直到shutdown。

<b>2. 统计信息</b>

mutex的结构中，有几个统计信息：

lock mutex的主要步骤：

在mysql5.5的版本里，非univ_debug模式下，innodb仅仅保留了count_os_wait的次数，这也是为了性能的考虑。所以5.5的版本后， timed_mutexes在release下，其实已经不再起作用，所以5.5.39，以及5.6以后，源码里都不再保留timed_mutexes。 要么在debug模式下，启用这些统计，但上线版本又不可能使用debug模式，所以对于mutex的统计，mysql在后面的版本中使用了performance_schema的等待事件来代替，即:

<b>3. 全局等待队列</b>

innodb为所有的等待状态的线程准备了一个队列，如果获取mutex失败，那么就申请一个cell，进入阻塞状态，等待signal。 sync_primary_wait_array，有了这个全局的队列，innodb就可以对这些wait的线程进行统计，比如long semaphore waits就是根据这个队列进行的查询。

<b>4. signal丢失</b>

这里再讨论下signal丢失的情况，我们重新再看下lock mutex的步骤：

如果按照这个时序，在线程2 signal event后，线程1才进入队列，那么线程1就永远处在阻塞状态，无法唤醒。为了解决signal丢失的情况， innodb启动了一个后台线程：sync_arr_wake_threads_if_sema_free，每隔1s就轮询wait数组，如果可以lock，就signal这个event来唤醒线程。

从上面来看，innodb为了mutex和rwlock的移植性，以及为了监控和诊断，添加了多个全局的数据结构，这样实时的统计才有可能，但也带来了维护数据结构的开销。 而timed_mutexes控制的mutex wait时间统计，因为只在debug模式下进行编译，而且5.6以后使用performance schema的等待事件进行替代，所以参数做了删除处理。

<b>背景</b>

　　简单说来，可选值的安全性从0-&gt;2-&gt;1递增，分别对应于mysqld 进程crash可能丢失 -&gt; os crash可能丢失 -&gt; 事务安全。

　　以上是路人皆知的故事，并且似乎板上钉钉，无可八卦。

<b>innodb_use_global_flush_log_at_trx_commit</b>

　　直到2010年的某一天，percona的cto vadim同学觉得这种一刀切的风格不够灵活，最好把这个变量设置成session级别，每个session自己控制。

　　但同时为了保持super权限对提交行为的控制，同时增加了innodb_use_global_flush_log_at_trx_commit参数。 这两个参数的配合逻辑为：

　　1、若innodb_use_global_flush_log_at_trx_commit为off，则使用session.innodb_flush_log_at_trx_commit;

　　2、若innodb_use_global_flush_log_at_trx_commit为on,则使用global .innodb_flush_log_at_trx_commit（此时session中仍能设置，但无效）

　　3、每个session新建时，以当前的global.innodb_flush_log_at_trx_commit 为默认值。

<b>业务应用</b>

　　这个特性可以用在一些对表的重要性做等级定义的场景。比如同一个实例下，某些表数据有外部数据备份，或允许丢失部分事务的情况，对这些表的更新，可以设置 session.innodb_flush_log_at_trx_commit为非1值。

在阿里云rds服务中，我们对数据可靠性和可用性要求更高，将 innodb_use_global_flush_log_at_trx_commit设置为on，因此修改session.innodb_flush_log_at_trx_commit也没有作用，统一使用 global.innodb_flush_log_at_trx_commit = 1。

　　mysql现行版本中存在一个count(distinct)语句返回结果错误的bug，表现为，实际结果存在值，但是用count(distinct)统计后返回的是0。

<b>原因分析</b>

　　count(distinct f)的语义就是计算字段f的去重总数，计算流程大致如下：

　　流程一:

1、 构造一个unique集合a1（用tree实现） 2、 对每个值都试图插入集合a1中 3、 若和a1中现有item重复则直接跳过，不重复则插入并+1 4、 完成后计算集合中元素个数。

　　细心的同学会看到上面的语句中有一个set tmp_table_size的过程，集合a1并不能无限扩大，大小上限为tmp_table_size。若超过则上述流程变为

　　流程二：

1、 构造一个unique 集合a1 2、 插入item过程中若大小超过tmp_table_size，则将a1暂时写到文件中，再构造集合a2 3、 重复步骤2直到所有的item插入完成 因此若item很多则可能重复生成多个集合a1～an。 4、 对a1～an作合并操作。由于只是每个集合a保证unique，因此需要做类似归并排序的操作（实际上不需要排序，只是扫一遍） 5、 因此合并操作需要一个临时内存，长度为n，单元大小为key_length （key大小）。这个临时内存，用的也是tmp_table_size定义的大小。实际上在合并过程中还需要长为key_length的预留空间作临时内存保存。因此需要的空间为 (n+1)*key_length。 6、 在进行合并前会判断tmp_table_size &gt;=(n+1)*key_length， 不满足则直接放弃合并。其结果就是返回为0。

<b>案例分析</b>

　　以上面这个case为例。字段v的单key大小为65 (65 = 32*2+1) 加上tree节点字占空间24字节共89字节。单个集合只能放11个item （1024/89）， 因此n为 24 （24&gt;=256/11）, 在合并时需要 (24+1)*65= 1625字节的临时空间，大于1024，放弃合并。

<b>sql_big_tables</b>

　　实际上在最初处理这个问题时，dba同学发现社区也有人讨论这个bug，并且指出在set sql_big_tables=on的时候，执行count(distinct)就能正确返回结果。原因就是在sql_big_tables=on的情况下，构造集合的方式是直接生成一个临时表，全部插入后直接计算临时表的大小作为结果，整个过程与tmp_table_size无关。

<b>解决方法</b>

　　运维上，set sql_big_tables是一个方法，不过会影响性能。调高tmp_table_size算是正招。当然本质上这是一个bug。 　　代码上，对于已经走到合并操作的这个逻辑，如果tmp_table_size不够，应该直接申请新的临时空间用于合并，完成后释放。虽然会造成临时征用内存，不过以现有的逻辑来看，临时征用的内存已经不少了.

　　另外一种时间换空间的方法，就是作多次合并。

　　相比之下第一种改造比较简单安全。该bug在rds mysql 5.5 中已经修复。

<b>bug背景</b>

　　在上个月发布的新版本中，官方修复了一个mysqldump输入库名或表明长度越界的bug。

　　在mysql的当前约束中，库名和表名字符串最大长度为name_len=192字节。在myqldump实现中，需要对输入的表名做处理，比如增加``防止表名中的特殊字符。这些临时处理的内存，声明为类似name_buff[name_len+3],这样在用户输入的库名或表名长度过长时，会造成数组越界读写，导致不可预期的错误。

　　这个修复的逻辑也比较简单，就是在开始dump前作参数检查，若发现长度超过name_len的库/表名，直接抛错返回“argument too long”。

<b>细节说明</b>

　　需要注意的是，该修复改变了mysqldump的行为。由于名字长度超过name_len的库/表肯定不存在，因此修复之前的逻辑，是报告该表不存在。“table not exists”这个逻辑是可以通过--force 跳过的。而“argument too long”则无视force参数，直接抛错返回。

<b>现象描述：</b>

innodb引擎，父表和子表通过foreign constraint进行关联，因为在更新数据时需要check外键constraint，当父表被大量的子表referenced时候，那么在open innodb数据字典的时候，需要open所有的child table和所有的foreign constraint，导致持有dict_sys-&gt;mutex时间过长，产生long semaphore wait, 然后innodb crash了。

<b>case复现</b>

<b>分析过程</b>

<b>1. 数据字典</b>

innodb使用系统表空间保存表相关的数据字典，系统的数据字典包括：

在load某个表的时候，分别从这些表中把表相关的index,column, index_field, foreign, foreign_col数据保存到dictionary cache中。 对应的内存对象分别是：dict_col_struct，dict_field_struct，dict_index_struct，dict_table_struct，dict_foreign_struct。

<b>2. open过程</b>

dict_load_table：

<b>3. load foreign的详细过程</b>

3.1 根据表名t1 查找sys_foreign.

而sys_foreign表上一共有三个索引： 　　　　

所以，根据for_name='t1', ref_name='t1'检索出来所有相关的foreign_id.

3.2 加入cache

因为没有专门的cache，foreign分别加入到for_name-&gt;foreign_list, ref_name-&gt;referenced_list。 问题的关键：因为foreign是全局唯一的，但foreign又与两个表关联，所以，有可能在open 其它表的时候已经打开过，所以，create foreign对象后，需要判断以下四个list，是否已经存在，如果存在就直接使用。

dict_foreign_find：分别查询这四个list，如果已经存在，则free新建的foreign对象，引用已经存在的。

如果不存在，把新建的foreign加入到for_name-&gt;foreign_list，ref_name-&gt;referenced_list链表中。

<b>4. 问题的原因：</b>

因为第一次load，所以find都没有找到，但这四个都是list，随着open的越来越多，检索的代价越来越大。 而整个过程中，都一直持有trx_sys-&gt;mutex，最终导致了long semaphore wait。

<b>5. 问题改进方法：</b>

在mysql 5.5.39版本中，进行了修复，修复的方法就是，除了foreign_list，referenced_list。 另外又增加了两个red_black tree，如下源码所示：

这样dict_foreign_find的过程中，通过red_black tree进行检索，时间复杂度降到o(log n).