MySQL 核心模块揭秘 | 46 期 | 分配 Undo 段

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本文基于 MySQL 8.0.32 源码，存储引擎为 InnoDB

正文

1. 分配缓存的 Undo 段

回滚段的内存结构中有两个属性，都是链表：

• insert_undo_cached，缓存 Insert Undo 段。
• update_undo_cached，缓存 Update Undo 段。

缓存链表有两个作用：

• 加快分配 Undo 段的速度。
• 直接复用 Undo 段管理的 Undo 页的空间，提升空间使用率。

分配 Insert Undo 段时，先从 insert_undo_cached 链表头部获取一个 Undo 段。

如果获取到了，就从 insert_undo_cached 链表中移除这个 Undo 段。如果没有获取到，则创建新的 Undo 段。

分配 Update Undo 段时，先从 update_undo_cached 链表头部获取一个 Undo 段。

如果获取到了，就从 update_undo_cached 链表中移除这个 Undo 段。如果没有获取到，则创建新的 Undo 段。

2. 创建新的 Undo 段

如果缓存链表中没有获取到 Undo 段，就需要创建新的 Undo 段。Insert Undo 段、Update Undo 段的结构相同，怎么区分不同类型的 Undo 段呢？

Undo 段的内存结构中有个 type 属性：

• TRX_UNDO_INSERT，表示 Insert Undo 段。
• TRX_UNDO_UPDATE，表示 Update Undo 段。

事务改变（插入、更新、删除）用户临时表或者用户普通表的数据，分配相应的回滚段之后，才能基于这个回滚段分配 Undo 段。

一个回滚段可以管理 1024 个 Undo 段。分配 Undo 段之前，需要先在回滚段首页的 1024 个小格子中找到一个空闲的小格子。分配 Undo 段之后，把 Undo 段首页的页号写入这个小格子，这个 Undo 段才能被这个回滚段纳入管理。

寻找空闲小格子的过程简单直接，流程如下。

第 1 步，从第一个小格子开始，遍历回滚段首页中 1024 小格子。

第 2 步，每轮循环读取一个小格子中存放的整数。

第 3 步，如果读取到的整数是 4294967295（代码中表示为 FIL_NULL），说明这个小格子是空闲的，可以用来存放即将分配的 Undo 段首页的页号。循环就此结束。

第 4 步，否则，说明这个小格子被其它 Undo 段占用，继续下一轮循环，重复第 2 ~ 3 步。

找到一个空闲的小格子之后，接下来就可以创建新的 Undo 段了，主要流程如下：

• 从回滚段所属的 Undo 表空间中分配一个页。这个页，既是 Undo 段的首页，会写入 Undo 段的相关信息；也是 Undo 页，可以写入 Undo 日志。
• 初始化 Undo 段首页中各种头信息的字段。
• Undo 段首页的页号，写入刚刚找到的空闲小格子（新创建的 Undo 段就把这个小格子占用了）。
• 创建 Undo 段的内存结构，并初始化各属性。

如果直到循环结束，都没有找到一个空闲的小格子怎么办？

这说明回滚段中 1024 个小格子都已经被其它 Undo 段占用，本次分配 Undo 段的操作就不能继续往下进行了。MySQL 会给客户端返回以下错误：

(1637, 'Too many active concurrent transactions')

在 MySQL 日志文件中，我们会看到这样一条错误日志（经过了换行处理）：

2024-12-01T10:05:44.060517Z 8 [ERROR] [MY-013037] [InnoDB]
  Cannot find a free slot for an undo log.
  You may have too many active transactions running concurrently.
  Please add more rollback segments or undo tablespaces.

3. 加入 Undo 段链表

不管是从 insert_undo_cached、update_undo_cached 两个缓存链表中获取到了 Undo 段，还是创建了新的 Undo 段，都会插入到回滚段的对应 Undo 段链表中。

Insert Undo 段插入回滚段的 insert_undo_list 链表头部。Update Undo 段插入回滚段的 update_undo_list 链表头部。

创建新的 Undo 段时，把 Undo 段首页的页号写入找到的回滚段中空闲的小格子，修改的是 Undo 表空间中回滚段的首页，这里把 Undo 段加入链表，是内存中的操作。

4. 怎么避免冲突？

用户普通表的 Undo 表空间数量由系统变量 innodb_undo_tablespaces 控制，默认为 2。每个 Undo 表空间中回滚段的数量由系统变量 innodb_rollback_segments 控制，默认为 128。2 个 Undo 表空间的回滚段数量为 256。

读写事务改变（插入、更新、删除）用户普通表的数据，如果有 256 个或者更多读写事务同时分配回滚段，就会出现 2 个或者更多读写事务从同一个回滚段分配 Undo 的情况。

为了避免出现这种情况，从回滚段的 insert_undo_cached、update_undo_cached 两个缓存链表中获取 Undo 段之前，就会申请获得这个回滚段的互斥量。

从缓存链表中获取到了 Undo 段，或者创建了新的 Undo 段，插入到回滚段的 insert_undo_list、update_undo_list 链表头部，然后再释放互斥量。

这样一来，一个读写事务从某个回滚段中分配 Undo 段的期间，其它事务想要从这个回滚段中分配 Undo 段，需要等待，也就避免了多个事务从同一个回滚段中分配 Undo 段出现冲突。

读写事务改变（插入、更新、删除）用户临时表的数据，分配 Undo 段时，也会用同样的流程避免冲突，不再赘述。

5. 总结

基于已经为用户普通表或者用户临时表分配的回滚段，分配 Undo 段的主要流程如下：

• 获得回滚段的互斥量。
• 从缓存链表（insert_undo_cached、update_undo_cached）的头部获取一个 Undo 段。
• 如果获取到了，从缓存链表中移除 Undo 段。
• 如果没有获取到，创建新的 Undo 段。
• Undo 段插入到回滚段的 insert_undo_list 或者 update_undo_list 链表头部。
• 释放回滚段的互斥量。