人人都是 DBA(VI)SQL Server 事务日志

SQL Server 的数据库引擎通过事务服务(Transaction Services)提供事务的 ACID 属性支持。ACID 属性包括:

  • 原子性(Atomicity)
  • 一致性(Consistency)
  • 隔离性(Isolation)
  • 持久性(Durability)

事务日志(Transaction Log)

事务日志(Transaction Log)存储的是对数据库所做的更改信息,让 SQL Server 有机会恢复数据库。而恢复(Recovery)的过程就是使数据文件与日志保持一致的过程。任何在日志中指示已经提交的数据更改必须出现在数据文件中,任何未标记为提交的更改不能出现在数据文件中。

预写日志(Write-ahead Logging)功能确保在真正发生变化的数据页写入磁盘前,始终先在磁盘中写入日志记录,使得任务回滚成为可能。写入事务日志(Transaction Log)是同步的,即 SQL Server 必须等它完成。但写入数据页可以是异步的,所以可以在缓存中组织需要写入的数据页进行批量写入,以提高写入性能。

事务日志用于保证 SQL Server 在语句或系统出现故障时的可恢复性,并允许将备份的日志应用到数据库上。但事务日志并没有提供很好的可读性,实际上读取事务日志通常也不会获取到太多有用信息。更推荐的跟踪记录机制是使用 SQL Server Profiler 等工具,以筛选和捕获有用的信息。

比如,我们使用下面的 SQL 来创建一张简单的 Table,来尝试观察事务日志的变化。

CREATE TABLE [dbo].[Customer](
[Id] [bigint] IDENTITY(1,1) NOT NULL,
[Name] [nvarchar](256) NOT NULL,
[Address] [nvarchar](max) NULL,
[Phone] [nvarchar](256) NULL
) ON [PRIMARY]

插入一条记录。

INSERT INTO [dbo].[Customer]
([Name]
,[Address]
,[Phone])
VALUES
('Dennis Gao'
,'Beijing Haidian'
,'')

使用 DBCC LOG 命名可以先观察产生的序列。

DBCC LOG([TEST])

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使用系统提供的函数 sys.fn_dblog 来查看当前的事务日志记录,可以列出很多详细信息,这里只显示了几个常用的列。

SELECT [Current LSN]
,[Operation]
,[Context]
,[Transaction ID]
,[Log Record Length]
,[Previous LSN]
,[AllocUnitId]
,[AllocUnitName]
,[Page ID]
,[Slot ID]
,[Xact ID]
FROM sys.fn_dblog(NULL, NULL)

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事务日志总是连续的并且是顺序的,按照 LSN(Log Sequence Number)的顺序排列。从查询的尾部可以查看 AllocUnitName 操作的数据表名称。

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对应的 Operation 是 LOP_INSERT_ROWS,Context 是 LCX_HEAP,也就是插入数据到堆表。同时发现 Page ID 是 0001:00000078,也就是十进制的 120 号页面。

可以使用 DBCC PAGE 命令查看 Page 页信息。

dbcc page ( {'dbname' | dbid}, filenum, pagenum [, printopt={0|1|2|3} ])
DBCC TRACEON(3604, -1)
GO DBCC PAGE([TEST], 1, 120, 3)
GO
PAGE: (:)

BUFFER:

BUF @0x000000027D15AC80

bpage = 0x000000026B6BA000          bhash = 0x0000000000000000          bpageno = (:)
bdbid = breferences = bcputicks =
bsampleCount = bUse1 = bstat = 0x10b
blog = 0x1215accc bnext = 0x0000000000000000 PAGE HEADER: Page @0x000000026B6BA000 m_pageId = (:) m_headerVersion = m_type =
m_typeFlagBits = 0x0 m_level = m_flagBits = 0x8000
m_objId (AllocUnitId.idObj) = m_indexId (AllocUnitId.idInd) =
Metadata: AllocUnitId =
Metadata: PartitionId = Metadata: IndexId =
Metadata: ObjectId = m_prevPage = (:) m_nextPage = (:)
pminlen = m_slotCnt = m_freeCnt =
m_freeData = m_reservedCnt = m_lsn = (::)
m_xactReserved = m_xdesId = (:) m_ghostRecCnt =
m_tornBits = DB Frag ID = Allocation Status GAM (:) = ALLOCATED SGAM (:) = ALLOCATED
PFS (:) = 0x61 MIXED_EXT ALLOCATED 50_PCT_FULL DIFF (:) = CHANGED
ML (:) = NOT MIN_LOGGED Slot Offset 0x60 Length Record Type = PRIMARY_RECORD Record Attributes = NULL_BITMAP VARIABLE_COLUMNS
Record Size =
Memory Dump @0x000000000BE5A060 : 30000c00 002b0049 ................+.I
: 0065006e 006e0069 .Y.D.e.n.n.i.s. .G.a
: 006f0042 006a0069 006e0067 .o.B.e.i.j.i.n.g. .H
000000000000003C: 0061006e .a.i.d.i.a.n.8.8.8.8
: .8.8.8.8. Slot Column Offset 0x4 Length Length (physical) Id = Slot Column Offset 0x17 Length Length (physical) Name = Dennis Gao Address = [BLOB Inline Data] Slot Column Offset 0x2b Length Length (physical) BE4FC70: 69006a00 69006e00 B.e.i.j.i.n.g. .H.a.
000000000BE4FC84: 6e00 i.d.i.a.n. Slot Column Offset 0x49 Length Length (physical) Phone =

可以看出上面的 SQL 语句 Insert 了数据 Id = 1, Name = Dennis Gao, Phone = 88888888。

虚拟日志文件(VLF:Virtual Log File)

不管为事务日志定义多少个物理文件,SQL Server 总是把日志当成连续流(Contiguous Stream)来对待。当 DBCC SHRINKDATABASE 命令确认日志可以缩小多少时,它不是单独考虑每个日志文件,而是根据整个日志来确定可压缩大小。

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SQL Server 数据库的事务日志是通过虚拟日志文件(VLF:Virtual Log File)来管理的,VLF 的大小由 SQL Server 根据日志的总大小和日志增量大小来决定,不能通过配置指定。如果 VLF 数量变多会导致数据库性能下降,所以需要指定合理的日志文件初始大小和增长步长,防止过多的 VLF 的产生。

SQL Server 会根据如下规则来判断 VLF 的数量:

 日志大小 

 VLF 数量 

Size <= 1MB 

将日志文件大小除以最小 VLF 大小(31KB*8KB)确定个数

1MB < Size <= 64MB

4 个

 64MB < Size <= 1GB 

8 个

Size > 1GB

16 个

当日志持续增长时,会使用相同的方式确定新添加的 VLF 的数量。日志总是以整个 VLF 为单位增长,而且缩小也只能到 VLF 的边界为止。

VLF 可以处于以下 4 种状态之一。

  • Active:日志的活动部分,从未提交事务的最小 LSN 开始,结束于最后一个写入的 LSN。
  • Recoverable:在最早的活动事务之前的那部分日志。
  • Reusable:如果日志已经被备份,则不需要最早活动事务之前的 VLF,可重用这些空间。日志截断或备份会将 Recoverable VLF 转换成 Reusable VLF。
  • Unused:未使用的部分。

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可以使用下面的 SQL 查询 VLF 的数量。

CREATE TABLE #VLFInfo (
RecoveryUnitID INT
,FileID INT
,FileSize BIGINT
,StartOffset BIGINT
,FSeqNo BIGINT
,[Status] BIGINT
,Parity BIGINT
,CreateLSN NUMERIC(38)
); CREATE TABLE #VLFCountResults (
DatabaseName SYSNAME
,VLFCount INT
); EXEC sp_MSforeachdb N'Use [?]; INSERT INTO #VLFInfo
EXEC sp_executesql N''DBCC LOGINFO([?])''; INSERT INTO #VLFCountResults
SELECT DB_NAME(), COUNT(*)
FROM #VLFInfo; TRUNCATE TABLE #VLFInfo;' SELECT DatabaseName
,VLFCount
FROM #VLFCountResults
ORDER BY VLFCount DESC; DROP TABLE #VLFInfo; DROP TABLE #VLFCountResults;

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可以使用 DBCC LOGINFO 命令进一步观察 VLF 的相关属相。

DBCC LOGINFO

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SQL Server 可以配置多个物理日志文件当做一个序列流来对待。如果管理良好,定期备份或截断日志,可能永远都不会使用除第一个文件之外的其他日志文件。当需要新的 VLF 时,多个物理文件中都没有可用 VLF,则会以循环的方式把新的 VLF 添加到每个物理日志文件中。

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自动截断模式(Auto Truncate Model)

如果 SQL Server 设置了如下情况,则认为没有维护日志备份:

  • 设置 SIMPLE 恢复模型,数据库会定期截断日志。
  • 从未进行过完全数据库备份。

以上任何一种情况下,SQL Server 会处于自动截断模式(Auto Truncate Model)中,当数据库事务日志满时就会进行截断。这里的 "满" 指的是日志记录的数量比在系统启动过程中、在合理的时间内能够重做的数量多。

判断数据库是否在自动截断模式的最简单的方法是查询 sys.database_recovery_status 目录视图,如果 last_log_backup_lsn 列为空,则数据库就是处于自动截断模式。

SELECT * FROM sys.database_recovery_status;

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可以通过 DBCC SQLPERF 命名来查看日志文件大小。

DBCC SQLPERF('logspace')

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当然,也可以通过系统提供的目录视图来查看。

SELECT instance_name AS [Database]
,cntr_value AS [LogFull(%)]
FROM sys.dm_os_performance_counters
WHERE counter_name LIKE 'Percent Log Used%'
AND instance_name NOT IN (
'_Total'
,'mssqlsystemresource'
)
AND cntr_value > 0
ORDER BY [LogFull(%)] DESC;

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可以使用 DBCC 命令来压缩事务日志文件,下面是 DBCC SHRINKDATABASE 和 DBCC SHRINKFILE 的语法。

DBCC SHRINKDATABASE
( database_name | database_id | 0
[ , target_percent ]
[ , { NOTRUNCATE | TRUNCATEONLY } ]
)
[ WITH NO_INFOMSGS ] DBCC SHRINKFILE
(
{ file_name | file_id }
{ [ , EMPTYFILE ]
| [ [ , target_size ] [ , { NOTRUNCATE | TRUNCATEONLY } ] ]
}
)
[ WITH NO_INFOMSGS ]

《人人都是 DBA》系列文章索引:

 序号 

 名称 

1

人人都是 DBA(I)SQL Server 体系结构

2

人人都是 DBA(II)SQL Server 元数据

3

人人都是 DBA(III)SQL Server 调度器

4

人人都是 DBA(IV)SQL Server 内存管理

5

人人都是 DBA(V)SQL Server 数据库文件

6

人人都是 DBA(VI)SQL Server 事务日志

7

人人都是 DBA(VII)B 树和 B+ 树

8

人人都是 DBA(VIII)SQL Server 页存储结构

9

人人都是 DBA(IX)服务器信息收集脚本汇编

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