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:
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 */
void startup() {
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:
class DurableInterface : boost::noncopyable {
virtual void* writingPtr(void *x, unsigned len) = 0;
virtual void createdFile(string filename, unsigned long long len) = 0;
virtual void declareWriteIntent(void *x, unsigned len) = 0;
virtual void* writingAtOffset(void *buf, 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:
class NonDurableImpl : public DurableInterface{ /*非持久化,基于内存临时存储*/
}
class DurableImpl : public DurableInterface { /*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:
void durThread() {
Client::initThread("dur");
const int HowOftenToGroupCommitMs = 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 {
int millis = 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:
static void go() {
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. */
static void _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<DurOp> >)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(const char *ns, const void *obuf, int len, bool god, const BSONElement &writeId, bool mayAddIndex) {
......
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):
void* DurableImpl::writingPtr(void *x, unsigned len) {
void *p = x;
declareWriteIntent(p, len);
return p;
}
void DurableImpl::declareWriteIntent(void *p, unsigned len) {
commitJob.note(p, len);
}
void CommitJob::note(void* p, int len) {
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:
void insertWriteIntent(void* p, int len) {
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<D>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):
class CodeBlock {
volatile int n;
unsigned tid;
void fail() {
log() << "synchronization (race condition) failure" << endl;
printStackTrace();
abort();/**/
}
void enter() {
if( ++n != 1 ) fail(); /*当已有线程执行该代码块时,则执行fail*/
#if defined(_WIN32)
tid = GetCurrentThreadId();
#endif
}
void leave() { /*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) { }
class Within {
CodeBlock& _s;
public:
Within(CodeBlock& s) : _s(s) { _s.enter(); }
~Within() { _s.leave(); }
};
void assertWithin() {
assert( n == 1 );
#if defined(_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