Mongodb源码分析–日志及持久化

在本系列的第一篇文章（主函数入口）中，介绍了mongodb会在系统启动同时，初始化了日志持久化服务，该功能貌似是1.7版本后引入到系统中的，主要用于解决因系统宕机时，内存中的数据未写入磁盘而造成的数据丢失。其机制主要是通过log方式定时将操作日志（如cud操作等）记录到db的journal文件夹下，这样当系统再次重启时从该文件夹下恢复丢失的（内存）数据。也就是在_initAndListen()函数体(db.cpp文件第511行)中下面这一行代码：dur::startup();


今天就以这个函数为起点，看一下mongodb的日志持久化的流程，及实现方式。


在Mongodb中，提供持久化的类一般都以dur开头，比如下面几个：



dur.cpp：封装持久化主要方法和实现，以便外部使用

dur_commitjob.cpp:持久化任务工作(单元),封装延时队列TaskQueue<D>，操作集合vector<shared_ptr<DurOp>>等

dur_journal.cpp：提供日志文件/路径,创建，遍历等操作

dur_journalformat.h：日志文件格式定义

dur_preplogbuffer.cpp：构造用于输出的日志buffer

dur_recover.h:日志恢复类（后台任务方式BackgroupJob）

dur_stats.h:统计类，包括提交/同步数据次数等

dur_writetodatafiles.cpp:封装写入数据文件mongofile方法

durop.h：持久化操作类，提供序列化，创建操作（FileCreatedOp），DROP操作（DropDbOp）

首先我们看一下dur::startup()方法实现（dur.cpp），如下：


/ at startup, recover, and then start the journal threads/

voidstartup() {

if(!cmdLine.dur )/判断命令行启动参数是否为持久化/

return;



DurableInterface::enableDurability();//对持久化变量 _impl 设置为DurableImpl方式



journalMakeDir();/构造日志文件所要存储的路径：dur_journal.cpp/

try{

recover();/从上一次系统crash中恢复数据日志信息：dur_recover.cpp/

}

catch(...) {

log()<<"exception during recovery"<<endl;

throw;

}



preallocateFiles();



boost::thread t(durThread);

}


注意：上面的DurableInterface，因为mongodb使用类似接口方式，从而约定不同的持久化方式实现，如下：


classDurableInterface : boost::noncopyable {

virtualvoidwritingPtr(voidx, unsigned len)=0;

virtualvoidcreatedFile(stringfilename, unsignedlonglonglen)=0;

virtualvoiddeclareWriteIntent(voidx, unsigned len)=0;

virtualvoidwritingAtOffset(voidbuf, unsigned ofs, unsigned len)=0;

....

}


接口定义了写文件的方式及方法等等。



并且mongodb包括了两种实现方式，即：


classNonDurableImpl :publicDurableInterface{/非持久化，基于内存临时存储/

}



classDurableImpl :publicDurableInterface {/持久化，支持磁盘存储/

}


再回到startup函数最后一行：boost::thread t(durThread);



该行代码会创建一个线程来运行durThread方法，该方法就是持久化线程，如下：




voiddurThread() {

Client::initThread("dur");

constintHowOftenToGroupCommitMs=90;/多少时间提交一组信息，单位：毫秒/

//注：commitJob对象用于封装并执行提交一组操作

while(!inShutdown() ) {

sleepmillis(10);

CodeBlock::Within w(durThreadMain);/定义代码块锁，该设计很讨巧，接下来会介绍/

try{

intmillis=HowOftenToGroupCommitMs;

{

stats.rotate();//统计最新的_lastRotate信息

{

Timer t;/声明定时器/

/遍历日志文件夹下的文件并更新文件的“最新更新时间”标志位并移除无效或关闭之前使用的日志文件:dur_journal.cpp/

journalRotate();

millis-=t.millis();/线程睡眠时间为90减去遍历时间/

assert( millis<=HowOftenToGroupCommitMs );

if( millis<5)

millis=5;

}



//we do this in a couple blocks, which makes it a tiny bit faster (only a little) on throughput,

//but is likely also less spiky on our cpu usage, which is good:

sleepmillis(millis/2);

//从commitJob的defer任务队列中获取任务并执行，详情参见: taskqueue.h的invoke() 和 dur_commitjob.cpp 的

//Writes::D::go(const Writes::D& d)方法(用于非延迟写入信息操作)

commitJob.wi()._deferred.invoke();



sleepmillis(millis/2);

//按mongodb开发者的理解，通过将休眠时间减少一半(millis/2)并紧跟着继续从队列中取任务，

//以此小幅提升读取队列系统的吞吐量

commitJob.wi()._deferred.invoke();

}



go();//执行提交一组信息操作

}

catch(std::exception&e) {/服务如果突然crash/

log()<<"exception in durThread causing immediate shutdown:"<<e.what()<<endl;

abort();//based on myTerminate()

}

}

cc().shutdown();//关闭当前线程，Client::initThread("dur")

}




下面是go()的实现代码:




staticvoidgo() {

if(!commitJob.hasWritten() ){/hasWritten一般在CUD操作时会变为true,后面会加以介绍/

commitJob.notifyCommitted();/发送信息已存储到磁盘的通知/

return;

}

{

readlocktry lk("",1000);/声明读锁/

if( lk.got() ) {

groupCommit();/提交一组操作/

return;

}

}



//当未取到读锁时，可能获取读锁比较慢，则直接使用写锁，不过写锁会用更多的RAM

writelock lk;

groupCommit();

}/ locking: in read lock when called./

staticvoid_groupCommit() {

stats.curr->_commits++;/提交次数加1/



......

//预定义页对齐的日志缓存对象，该对象对会commitJob.ops()的返回值（该返回值类型vector< shared_ptr >）进行对象序列化

//并保存到commitJob._ab中，供下面方法调用，位于dur_preplogbuffer.cpp-->_PREPLOGBUFFER()方法

PREPLOGBUFFER();

//todo : write to the journal outside locks, as this write can be slow.

//however, be careful then about remapprivateview as that cannot be done

//if new writes are then pending in the private maps.

WRITETOJOURNAL(commitJob._ab);/写入journal信息，最终操作位于dur_journal.cpp的 Journal::journal(const AlignedBuilder& b)方法/



//data is now in the journal, which is sufficient for acknowledging getLastError.

//(ok to crash after that)

commitJob.notifyCommitted();



WRITETODATAFILES();/写信息到mongofile文件中/



commitJob.reset();/重置当前任务操作/



//REMAPPRIVATEVIEW

//remapping 私有视图必须在 WRITETODATAFILES 方法之后调用，否则无法读出新写入的数据

DEV assert(!commitJob.hasWritten() );

if(!dbMutex.isWriteLocked() ) {

//this needs done in a write lock (as there is a short window during remapping when each view

//might not exist) thus we do it on the next acquisition of that instead of here (there is no

//rush if you aren't writing anyway -- but it must happen, if it is done, before any uncommitted

//writes occur). If desired, perhpas this can be eliminated on posix as it may be that the remap

//is race-free there.

//

dbMutex._remapPrivateViewRequested=true;

}

else{

stats.curr->_commitsInWriteLock++;

//however, if we are already write locked, we must do it now -- up the call tree someone

//may do a write without a new lock acquisition. this can happen when MongoMMF::close() calls

//this method when a file (and its views) is about to go away.

//

REMAPPRIVATEVIEW();

}

}




到这里只是知道mongodb会定时从任务队列中获取相应任务并统一写入，写入journal和mongofile文件后再重置任务队列及递增相应统计计数信息（如privateMapBytes用于REMAPPRIVATEVIEW）。



但任务队列中的操作信息又是如何生成的呢？这个比较简单，我们只要看一下相应的cud数据操作时的代码即可，这里以插入(insert)数据为例：



我们找到pdfile.cpp文件的插入记录方法，如下（1467行）：




DiskLoc DataFileMgr::insert(constcharns,constvoidobuf,intlen,boolgod,constBSONElement&writeId,boolmayAddIndex) {

......



r=(Record) getDur().writingPtr(r, lenWHdr);//位于1588行


该方法用于将客户端提交的数据（信息）写入到持久化队列(defer)中去,如下（按函数调用顺序）：




voidDurableImpl::writingPtr(voidx, unsigned len) {

voidp=x;

declareWriteIntent(p, len);

returnp;

}



voidDurableImpl::declareWriteIntent(voidp, unsigned len) {

commitJob.note(p, len);

}



voidCommitJob::note(voidp,intlen) {

DEV dbMutex.assertWriteLocked();

dassert( cmdLine.dur );

if(!_wi._alreadyNoted.checkAndSet(p, len) ) {

MemoryMappedFile::makeWritable(p, len);/设置可写入mmap文件的信息/



if(!_hasWritten ) {

assert(!dbMutex._remapPrivateViewRequested );



//设置写信息标志位, 用于进行_groupCommit（上面提到）时进行判断

_hasWritten=true;

}

......



//向defer任务队列中加入操作信息

_wi.insertWriteIntent(p, len);

wassert( _wi._writes.size()<2000000);

assert( _wi._writes.size()<20000000);



......

}




其中insertWriteIntent方法定义如下：


voidinsertWriteIntent(voidp,intlen) {

D d;

d.p=p;/操作记录record类型/

d.len=len;/记录长度/

_deferred.defer(d);/延期任务队列：TaskQueue类型/

}




到这里总结一下，mongodb在启动时，专门初始化一个线程不断循环（除非应用crash掉），用于在一定时间周期内来从defer队列中获取要持久化的数据并写入到磁盘的journal(日志)和mongofile(数据)处，当然因为它不是在用户添加记录时就写到磁盘上，所以按mongodb开发者说，它不会造成性能上的损耗，因为看过代码发现，当进行CUD操作时，记录(Record类型)都被放入到defer队列中以供延时批量（groupcommit）提交写入，但相信其中时间周期参数是个要认真考量的参数，系统为90毫秒，如果该值更低的话，可能会造成频繁磁盘操作，过高又会造成系统宕机时数据丢失过多。



最后对文中那个mongodb设置很计巧的代码做一下简要分析，代码如下：


CodeBlock::Within w(durThreadMain);


它的作为就是一个对多线程访问指定代码块加锁的功能，其类定义如下（位于race.h）：


classCodeBlock {

volatileintn;

unsigned tid;

voidfail() {

log()<<"synchronization (race condition) failure"<<endl;

printStackTrace();

abort();//

}

voidenter() {

if(++n!=1) fail();/当已有线程执行该代码块时，则执行fail/

#ifdefined(_WIN32)

tid=GetCurrentThreadId();

#endif

}

voidleave() {/只有调用 leave 操作，才会--n，即在线程执行完该代码块时调用/

if(--n!=0) fail();

}

public:

CodeBlock() : n(0) { }



classWithin {

CodeBlock&_s;

public:

Within(CodeBlock&s) : _s(s) { _s.enter(); }

~Within() { _s.leave(); }

};



voidassertWithin() {

assert( n==1);

#ifdefined(_WIN32)

assert( GetCurrentThreadId()==tid );

#endif

}

};



#else


通过其内部类Within的构造函数和析构函数，分别调用了_s.enter，_s.leave()方法，这样只要在一个代码块之前定义一个该类实例，则从下一行开始到codeblock结束之后，该进程内只允许一个线程执行该代码块，呵呵。

参考链接：http://www.infoq.com/cn/news/2011/03/MongoDB-1.8

原文链接:http://www.cnblogs.com/daizhj/archive/2011/03/21/1990344.html

作者: daizhj, 代震军

微博: http://t.sina.com.cn/daizhj

Tags: mongodb,c++,source code

原文链接: https://www.cnblogs.com/daizhj/archive/2011/03/21/1990344.html

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