XLOG段文件跳號現象分析

一、原理

當執行promote 時，我們經常看到的結果是：生成一個新 XLOG 文件，名稱為：時間線加 1 ，段文件名為之前的段文件號。那么做這個動作的時機是什么時候呢？是否只有這一種現象，會不會有其他現象？先透露下，當執行 promote 動作前，最后一個 XLOG 日志是 SWITCH 時，段文件號會加 1 。下面我們對其流程做詳細分析，并通過 gdb 理解其原理。

     做這個動作的函數是 exitArchiveRecovery ， 調用時機為startup 進程退出的時刻，見堆棧：

Breakpoint 1, exitArchiveRecovery (endTLI=1, endOfLog=23053968) at xlog.c:5475
5475  InArchiveRecovery = false;
(gdb) bt
#0  exitArchiveRecovery (endTLI=1, endOfLog=23053968) at xlog.c:5475
#1  0x0815fc4b in StartupXLOG () at xlog.c:7460
#2  0x083dbc56 in StartupProcessMain () at startup.c:207
#3  0x08173cbf in AuxiliaryProcessMain (argc=2, argv=0xbfa8a2f4) at bootstrap.c:451
#4  0x083dab93 in StartChildProcess (type=StartupProcess) at postmaster.c:5386
#5  0x083d5d86 in PostmasterMain (argc=1, argv=0xa22e7e8) at postmaster.c:1369
#6  0x0831c76c in main (argc=1, argv=0xa22e7e8) at main.c:228

具體代碼行為恢復完成之后：

StartupXLOG-> 讀取 checkpoint-> 恢復 ->exitArchiveRecovery ： EndOfLog 為當前回放日志最后的位置， EndOfLogTLI 為當前退出時回放日志的時間線。當 data 目錄下有 standby.signal 文件即該機器是備時 ArchiveRecoveryRequested 為 TRUE 。

exitArchiveRecovery 函數調用流程如下：首先通過 endOfLog 即回放最后的位置計算出段文件日志號： endLogSegNo= (endOfLog - 1) / (wal_segment_size) ； startLogSegNo= endOfLog / (wal_segment_size) 。如果 endLogSegNo 等于 startLogSegNo ，表示回放位置為文件中間位置，在調用 XLogFileCopy 生成一個新文件，并將上個 XLOG 文件內容拷貝到新文件中；段文件號相同，時間線加 1 。如果 endLogSegNo 不等于 startLogSegNo ，即回放位置正好是文件大小的末尾處，或者正好是 SWITCH 這個日志，那么調用 XLogFileInit 函數進行初始化文件：

XlogFileCopy 函數調用：調用 XLogFilePath 函數獲取源 XLOG 文件名， OpenTransientFile 打開該文件，創建并打開一個臨時 XLOG 文件 pg_wal/xlogtemp.pid ， pid 為 startup 進程的 ID 號。 sizeof(buffer) 為一頁大小 8192 字節，從源文件每次 read 一頁數據并將之 write 到 xlogtemp 文件，最后一頁數據如果不夠 8192 字節，則有多少讀取多少并寫入文件。當文件拷貝完成后，執行一次 sync 。最后調用 InstallXLogFileSegment 將文件重命名。

InstallXLogFileSegment 函數： XlogFileCopy 調用時， find_free 為 false ，直接將文件重命名為時間線加 1 的文件名； XLogFileInit 調用時為 TRUE ，將段文件號加 1 后（注意這里不是加 1 ，是因為正好是文件末尾，求得的是下一個段文件號，只是現象上看是加 1 ），重命名為時間線加 1 的文件，會先 stat 下這個文件，該流程返回值是 2 即該文件不存在，所以不會再將 segno 加 1 ，直接跳過虛框內的步驟，進入重命名流程 durable_like_or_rename 。

XLogFileInit 函數的調用：首先獲取新文件的文件名，即時間線加 1 ，段文件名為原文件名，本次 exitArchiveRecovery 函數的調用流程中， use_existent 為 TRUE 所以會視圖打開該文件。當然因為該文件不存在所以打開失敗。然后創建并打開一個臨時文件 xlogtemp.pid ，將該文件全部清 0 ，最后 sync 。之后調用 InstallXLogFileSegment 函數重命名。最后打開新文件以供之后使用。

二、GDB跟蹤-lsn位置在xlog文件中間

1 、進入第一個斷點，即函數入口

Breakpoint 1, exitArchiveRecovery (endTLI=1, endOfLog=23053968) at xlog.c:5475
5475  InArchiveRecovery = false;
(gdb) bt
#0  exitArchiveRecovery (endTLI=1, endOfLog=23053968) at xlog.c:5475
#1  0x0815fc4b in StartupXLOG () at xlog.c:7460
#2  0x083dbc56 in StartupProcessMain () at startup.c:207
#3  0x08173cbf in AuxiliaryProcessMain (argc=2, argv=0xbfa8a2f4) at bootstrap.c:451
#4  0x083dab93 in StartChildProcess (type=StartupProcess) at postmaster.c:5386
#5  0x083d5d86 in PostmasterMain (argc=1, argv=0xa22e7e8) at postmaster.c:1369
#6  0x0831c76c in main (argc=1, argv=0xa22e7e8) at main.c:228

2 、接著計算出段文件號，這兩個值相等，即執行 promote 時， lsn 最后位置在文件中間。

5507  if (endLogSegNo == startLogSegNo)
(gdb) 
5517       XLogSegmentOffset(endOfLog, wal_segment_size));
(gdb) p endLogSegNo
$1 = 1
(gdb) p startLogSegNo
$2 = 1

3 、 lsn 在文件中間，調用 XlogFileCopy ， upto 為 lsn 在最后文件的偏移

XLogFileCopy (destsegno=1, srcTLI=1, srcsegno=1, upto=6276752) at xlog.c:3405
3405  XLogFilePath(path, srcTLI, srcsegno, wal_segment_size);
(gdb) p 23053968%(16*1024*1024)
$3 = 6276752

4 、打開原文件 00000001 0000000000000001 ，以及臨時文件 xlogtemp.29683

3406  srcfd = OpenTransientFile(path, O_RDONLY | PG_BINARY);
(gdb) p path
$4 = "pg_wal/00000001", '0' <repeats 15 times>, "1", '\000' <repeats 869 times>, "\b\221\250\277gmE\b\004\005?\000\000\000\001\030\221\250\277\bnE\b\004\005?\000\000\000\001X\221\250\277$\207E\b\004\005?\000\000\000\001", '\000' <repeats 13 times>"\270, \004\246X\221\250\277\000\000\000\000\000\000\000 \000\270\004\000\000\000\000\000\000\000\000\000\n\000\000\000\000\270\004\246\270\221\250\277dd\025\b\000\005?\352\320a\b\341\n\000\000~\016b\b\000\000\000"
(gdb) n
(gdb) p tmppath
$5 = "pg_wal/xlogtemp.29683", '\000' <repeats 1002 times>
(gdb) n
3420  fd = OpenTransientFile(tmppath, O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL | PG_BINARY);

5 、循環進行拷貝，一次拷貝一頁 8192 字節

3429  for (nbytes = 0; nbytes < wal_segment_size; nbytes += sizeof(buffer))
(gdb) p sizeof(buffer)
$6 = 8192
(gdb) n
3433   nread = upto - nbytes;
(gdb) 
3439   if (nread < sizeof(buffer))
(gdb) p nread
$7 = 6276752
(gdb) p 6276752/8192
$8 = 766

6 、 InstallXLogFileSegment 函數重命名， path 為 000000020000000000000001

Breakpoint 2, InstallXLogFileSegment (segno=0xbfa86968, tmppath=0xbfa88974 "pg_wal/xlogtemp.29683", find_free=false, max_segno=0, use_lock=false) at xlog.c:3545
3545  XLogFilePath(path, ThisTimeLineID, *segno, wal_segment_size);
 
(gdb) p path
$10 = "pg_wal/00000002", '0' <repeats 15 times>, "1\000 \212\022\251\322\"[\000\000\000\000\000\277 `\b\204\211\250\277\347e\250\277\005\000\000\000\003\000\000\000 N?\003\000\000\000\002\000\000\000\005\000\000\000;\000\000\000\000\000\000\000\030f\250\277\206\032`\b\000\000\000\000\350h\250\277\350h\250\277\350h\250\277\240.{\262d\000\000\000\363s\000\000\000\000\000\000\240\020[\264\003\000\000\000\000\000\000\000\003\000\000\000\240\362:\266\003\000\000\000\220\251t\267\003\000\000\000\240\324\032\270\003\000\000\000\220\213T\271\003\000\000\000 \361\003\272\003\000\000\000\020\250=\273\003\000\000\000 \323\343\273\322\"[29683\000\000\000\000\n", '\000' <repeats 15 times>, "\001\000\000\000\373\333y\b\005\000\000\000\000\000\000\000\001\000\000\000\270\240\250\277\310h\250\277\225\017`\b\363s\000\000\000\000\000\000d", '\000' <repeats 27 times>"\350"...
(gdb) n

7 、將臨時文件重命名為 000000020000000000000001

3579  if (durable_link_or_rename(tmppath, path, LOG) != 0)
(gdb) p path
$11 = "pg_wal/00000002", '0' <repeats 15 times>, "1\000 \212\022\251\322\"[\000\000\000\000\000\277 `\b\204\211\250\277\347e\250\277\005\000\000\000\003\000\000\000 N?\003\000\000\000\002\000\000\000\005\000\000\000;\000\000\000\000\000\000\000\030f\250\277\206\032`\b\000\000\000\000\350h\250\277\350h\250\277\350h\250\277\240.{\262d\000\000\000\363s\000\000\000\000\000\000\240\020[\264\003\000\000\000\000\000\000\000\003\000\000\000\240\362:\266\003\000\000\000\220\251t\267\003\000\000\000\240\324\032\270\003\000\000\000\220\213T\271\003\000\000\000 \361\003\272\003\000\000\000\020\250=\273\003\000\000\000 \323\343\273\322\"[29683\000\000\000\000\n", '\000' <repeats 15 times>, "\001\000\000\000\373\333y\b\005\000\000\000\000\000\000\000\001\000\000\000\270\240\250\277\310h\250\277\225\017`\b\363s\000\000\000\000\000\000d", '\000' <repeats 27 times>"\350"...
(gdb) n

三、GDB跟蹤-lsn位置在xlog文件尾或最后一個為SWITCH

1 、 lsn 位于文件尾，調用函數 XLogFileInit

Breakpoint 3, exitArchiveRecovery (endTLI=3, endOfLog=50331648) at xlog.c:5475
5475  InArchiveRecovery = false;
(gdb) n
5480  UpdateMinRecoveryPoint(InvalidXLogRecPtr, true);
(gdb) 
5486  if (readFile >= 0)
(gdb) 
5488   close(readFile);
(gdb) 
5489   readFile = -1;
(gdb) 
5498  XLByteToPrevSeg(endOfLog, endLogSegNo, wal_segment_size);
(gdb) 
5499  XLByteToSeg(endOfLog, startLogSegNo, wal_segment_size);
(gdb) 
5507  if (endLogSegNo == startLogSegNo)
(gdb) 
5525   bool  use_existent = true;
(gdb) 
5528   fd = XLogFileInit(startLogSegNo, &use_existent, true);
(gdb)

2 、 path 為 000000040000000000000003, 該文件不存在

Breakpoint 2, XLogFileInit (logsegno=3, use_existent=0xbfbd366f, use_lock=true) at xlog.c:3216
3216  XLogFilePath(path, ThisTimeLineID, logsegno, wal_segment_size);
(gdb) n
3221  if (*use_existent)
(gdb) p path
$1 = "pg_wal/00000004", '0' <repeats 15 times>, "3\000\000\000\000\000\346!`\bX6\275\277\060\000\000\000\a\000\000\000\030\333\177\t\364\257`\000\270\331\177\t\000\000\000\000\a\000\000\000\000\224M\000\000\000\000\000h3\275\277: `\b4\000\000\000\330\065\275\277\330\065\275\277\000\000\000\000h3\275\277L\274M\000\004\000\000\000\000\000\000\000?\000\000\000\a\000\000\000\b3\275\277\206\032`\b\000\000\000\000\330\065\275\277\330\065\275\277\330\065\275\277\373\210}\tX\025w\b\004\000\000\000\000\000\000\000\177\323a\bX\000\000\000\000\000\000\000\b", '\000' <repeats 19 times>, "\b\000\000\000\000\000\000\000\060", '\000' <repeats 11 times>, "recovering 00000\322\"[\000\000\270\004\246\277 `\b`6\275\277\360\253a\b\b", '\000' <repeats 11 times>...
(gdb) n
3223   fd = BasicOpenFile(path, O_RDWR | PG_BINARY | get_sync_bit(sync_method));
(gdb) 
3224   if (fd < 0)
(gdb) 
3226    if (errno != ENOENT)
(gdb) p fd
$2 = -1
(gdb) p errno
$3 = 2

3 、創建并打開臨時文件，將 zbuffer.data 清 0 ，然后一頁一頁的將文件清 0

3243  snprintf(tmppath, MAXPGPATH, XLOGDIR "/xlogtemp.%d", (int) getpid());
(gdb)
3245  unlink(tmppath);
(gdb)
3248  fd = BasicOpenFile(tmppath, O_RDWR | O_CREAT | O_EXCL | PG_BINARY);
(gdb)
3249  if (fd < 0)
(gdb)
3254  memset(zbuffer.data, 0, XLOG_BLCKSZ);
(gdb) p fd
$4 = 3
3269   for (nbytes = 0; nbytes < wal_segment_size; nbytes += XLOG_BLCKSZ)
(gdb)
3271    errno = 0;
(gdb)
3272    if (write(fd, zbuffer.data, XLOG_BLCKSZ) != XLOG_BLCKSZ)

4 、進入 InstallXLogFileSegment 函數， 000000040000000000000003 文件 stat 失敗，調用 durable_link_or_rename 重命名。

InstallXLogFileSegment (segno=0xbfbd0de0, tmppath=0xbfbd2de8 "pg_wal/xlogtemp.31765", find_free=true, max_segno=45, use_lock=true) at xlog.c:3550
3550  if (use_lock)
(gdb) n
3551   LWLockAcquire(ControlFileLock, LW_EXCLUSIVE);
(gdb)
3553  if (!find_free)
(gdb)
3561   while (stat(path, &stat_buf) == 0)
(gdb) p path
$5 = "pg_wal/00000004", '0' <repeats 15 times>, "3\000 \212\022\251\322\"[\000\000\000\000\000\277 `\b\370-\275\277W\n\275\277\005\000\000\000\003\000\000\000 N?\003\000\000\000\003\000\000\000\005\000\000\000;\000\000\000\000\000\000\000\210\n\275\277\206\032`\b\000\000\000\000X\r\275\277X\r\275\277X\r\275\277\240.{\262d\000\000\000\025|\000\000\000\000\000\000\240\020[\264\003\000\000\000\000\000\000\000\003\000\000\000\240\362:\266\003\000\000\000\220\251t\267\003\000\000\000\240\324\032\270\003\000\000\000\220\213T\271\003\000\000\000 \361\003\272\003\000\000\000\020\250=\273\003\000\000\000 \323\343\273\322\"[31765\000\000\000\000\n", '\000' <repeats 15 times>, "\001\000\000\000\373\333y\b\005\000\000\000\000\000\000\000\003\000\000\000(E\275\277\070\r\275\277\225\017`\b\025|\000\000\000\000\000\000"...
(gdb) n
3579  if (durable_link_or_rename(tmppath, path, LOG) != 0)
(gdb) p errno
$6 = 2