myrocks複製中斷問題排查

背景

      mysql能夠支持多種不一樣的存儲引擎，innodb因爲其高效的讀寫性能，而且支持事務特性，使得它成爲mysql存儲引擎的代名詞，使用很是普遍。隨着SSD逐漸普及，硬件存儲成本愈來愈高，面向寫優化的rocksdb引擎逐漸流行起來，咱們也是看中了rocksdb引擎在寫放大和空間放大的優點，將其引入到mysql體系。兩種引擎的結構B-Tree(innodb引擎)和LSM-Tree(rocksdb引擎)很好地造成互補，咱們能夠根據業務類型來選擇合適的存儲。通常mysql默認是mysql+innodb引擎，而mysql+rocksdb引擎稱之爲myrocks。今天要討論的就是myrocks複製中斷問題，案例來源於真實的業務場景。

問題現象

 

複製過程當中，出現了1756錯誤，根據錯誤日誌和debug確認是slave-sql線程在更新slave_worker_info表時出錯致使，堆棧以下：

#7  0x0000000000a30104 in Rpl_info_table::do_flush_info (this=0x2b9999c9de00, force=<optimized out>) at /home/admin/95_20161208115448428_15352432_code/rpm_workspace/sql/rpl_info_table.cc:171
#8  0x0000000000a299b1 in flush_info (force=true, this=<optimized out>) at /home/admin/95_20161208115448428_15352432_code/rpm_workspace/sql/rpl_info_handler.h:92
#9  Slave_worker::flush_info (this=0x2b9999f80000, force=<optimized out>) at /home/admin/95_20161208115448428_15352432_code/rpm_workspace/sql/rpl_rli_pdb.cc:318
#10 0x0000000000a29d95 in Slave_worker::commit_positions (this=this@entry=0x2b9999f80000, ev=ev@entry=0x2b9999c9ab00, ptr_g=ptr_g@entry=0x2b9999daca00, force=<optimized out>)
    at /home/admin/95_20161208115448428_15352432_code/rpm_workspace/sql/rpl_rli_pdb.cc:582
#11 0x00000000009d61f0 in Xid_log_event::do_apply_event_worker (this=0x2b9999c9ab00, w=0x2b9999f80000) at /home/admin/95_20161208115448428_15352432_code/rpm_workspace/sql/log_event.cc:74

這裏簡單介紹下複製相關的位點表，在並行複製模式下，參與複製的主要有三個角色，slave_io線程負責將主庫的binlog拉取到本地；slave_sql線程讀取binlog並根據必定的規則分發給各個slave_worker；slave_worker線程回放主庫的操做，達到與主庫同步的目的。slave_io線程和slave_sql線程分別只有一個，而worker線程能夠有1個或多個，能夠依據參數slave_parallel_workers設置。若是將slave_parallel_workers設置爲0，則表示關閉並行複製，slave_sql線程承擔回放的工做。位點表主要有3張，包括slave_worker_info，slave_relay_log_info和slave_master_info表。slave_io線程更新slave_master_info表，更新拉取的最新位置；slave_sql線程更新slave_relay_log_info表，更新同步位點;而slave_worker線程更新slave_worker_info，每一個worker線程在該表中都對應一條記錄，每一個worker各自更新本身的位點。

Slave_worker的工做流程以下：

1) 讀取event，調用do_apply_event進行回放；
2) 遇到xid event(commit/rollback event)，表示事務結束，調用commit_positions更新位點信息；
3) 調用do_commit提交事務。

從咱們抓的堆棧來看，是worker線程在執行執行第2步出錯，如今咱們獲得了初步的信息，更新位點表失敗直接致使了錯誤。

問題定位與分析

接下來，咱們要看看最終是什麼致使了更新位點表失敗？根據最後的錯誤碼，咱們調試時設置了若干斷點，最終獲得了以下堆棧

#0  myrocks::Rdb_transaction::set_status_error (this=0x2b99b6c5b400, thd=0x2b99b6c51000, s=..., kd=std::shared_ptr (count 18, weak 0) 0x2b997fbd7910,
    tbl_def=0x2b9981bc95b0) at /home/admin/95_20161208115448428_15352432_code/rpm_workspace/storage/rocksdb/ha_rocksdb.cc:1460
#1  0x0000000000a6da28 in myrocks::ha_rocksdb::check_and_lock_unique_pk (this=this@entry=0x2b997fbb3010, key_id=key_id@entry=0, row_info=...,
    found=found@entry=0x2b9a58ca77ef, pk_changed=pk_changed@entry=0x2b9a58ca782f)
    at /home/admin/95_20161208115448428_15352432_code/rpm_workspace/storage/rocksdb/ha_rocksdb.cc:7092
#2  0x0000000000a6e8a8 in myrocks::ha_rocksdb::check_uniqueness_and_lock (this=this@entry=0x2b997fbb3010, row_info=..., pk_changed=pk_changed@entry=0x2b9a58ca782f)
    at /home/admin/95_20161208115448428_15352432_code/rpm_workspace/storage/rocksdb/ha_rocksdb.cc:7250
#3  0x0000000000a7386a in myrocks::ha_rocksdb::update_write_row (this=this@entry=0x2b997fbb3010, old_data=old_data@entry=0x0

經過代碼分析獲得了以下信息：

更新位點表之因此失敗是由於更新記錄時發現已經存在了一條記錄，這條記錄的sequnceNumber比當前快照獲取的sequnceNumber大，因此報錯。這裏簡單介紹下sequenceNumber，sequenceNumber是全局遞增的，內部存儲爲一個7字節的整數，Rocksdb依賴sequenceNumber實現MVCC。每條記錄有一個惟一的sequenceNumber，rocksdb利用sequenceNumber進行可見性判斷。事務在提交時，獲取當前最大的sequenceNumber，並按照前後順序爲事務中的每條記錄分配一個sequenceNumber，而後寫入memtable。同一個key的多個不一樣的sequenceNumber記錄按照逆序存放，即sequenceNumber最大的key放在最前面，最小的放在最後面。表1中key-n，key表示key值，n表示key對應sequenceNumber，假設key1<key2<key3<key4，則存儲順序以下：

Key1-100	Key1-50	Key2-120	Key2-80	Key3-70	Key4-150
ValueA	ValueB	ValueC	ValueD	ValueE	ValueF

進行讀取時，會利用sequenceNumber創建一個快照，讀取快照發生前的已經存在的記錄，系統以後的變動與本快照無關。假設快照的sequenceNumber是150，執行get(key2)時，會找到(key2-120，ValueC)；而若是快照sequenceNumber是100，執行get(key2)時，則會找到(key2-80，ValueD)。

回到問題自己，看看與問題相關的更新流程：

1.嘗試對更新key加鎖，若是沒有併發更新，上鎖成功 //TryLock
2.利用當前最大的sequenceNumberA生成快照
3.檢查快照生成後，key是否被修改 // ValidateSnapshot
  1)再次獲取最大sequenceNumberB，構造key進行查找 // GetLatestSequenceForKey
  2)查找是否存在相同的key的記錄
4.若相同key的記錄存在，且key的sequnceNumber大於sequenceNumberA，則認爲有寫衝突，報錯。

咱們碰到的錯誤正好就是遇到了寫衝突報錯，那麼如今問題來了，明明這個key已經上鎖了，而且獲取了最新的sequencNumberA，爲何仍然會讀到相同的key，且對應的seqeunceNumber比sequencNumberA大？結合以前分析的slave_worker_info表，咱們能夠做出如下猜想

大膽猜想：

1. 行級鎖併發沒有控制好，致使多個線程同時更新
2. 某些路徑下，快照的sequenceNumber比較舊，不是最新
3. slave_worker線程併發沒有控制好，多個worker同時更新一條記錄

當心求證：

現象看起來是這麼的不合理，全部的假設感受都是不攻自破，可是事實如此，惟有經過更多的信息來輔佐咱們進一步判斷。結合代碼，咱們對於上面懷疑的幾個點，在相關路徑下進行埋點驗證。埋點主要爲了獲得如下信息：

1. 具體哪一個worker出錯了，出錯的是哪一個key，sequence是多少？
2. worker與key的映射關係
3. 這個key在出錯前被誰更新過？
4. 每一個事務包含的記錄個數是多少？

得到日誌以下：

Resource busy: seq:38818368818, key_seq:38818368817, index number is 0-0-1-2, pk is 0-0-0-10, thread is 46983376549632

映射關係：
worker id is 10, thread is 46983367104256  //寫memtable線程
worker id is 9, thread is 46983376549632   //出錯線程
worker id is 11, thread is 46983359772416  //事務提交線程

寫memtable線程：
2016-12-19 16:42:06 53743 [ERROR] LibRocksDB:In Memtable, index_num is 0-0-1-2, pk is 0-0-0-10, seq is 38818368818, thread is 46983367104256

2016-12-19 16:42:06 53743 [ERROR] LibRocksDB:In Memtable, index_num is 0-0-1-2, pk is 0-0-0-4, seq is 38818368665, thread is 46983367104256

2016-12-19 16:42:06 53743 [ERROR] LibRocksDB:In Memtable, index_num is 0-0-1-2, pk is 0-0-0-3, seq is 38818368675, thread is 46983367104256

提交線程：
type is commit, write_start, thread is 46983359772416,   seq is 38818368817
type is commit, write_end, thread is 46983359772416,   seq is 38818368818, count is 1

報錯的直接緣由就是 已存在相同key的sequenceNumber 38818368818大於快照的squenceNumber 38818368817。這個衝突的key由worker 10寫入memtable，可是由worker 11提交，並非出錯的線程。總結下來， 咱們發現幾個奇怪的現象：

    1. 存在多個線程寫一個key的狀況，好比worker10曾經寫過key爲10，4，和3的記錄
    2. 對於出錯的sequenceNumber(38818368818)的key，爲何會被worker11提交
    3. 日誌中發現SequenceNumber不連續，存在跳躍的現象

前兩個問題很容易讓咱們陷入誤區，存在多個worker寫同一個key的狀況，而事實上這兩個問題都是源於group-commit機制，其它線程可能會代替你提交，致使你會看到同一個worker寫不一樣key的現象。這裏的group-commit包括兩個層次，server層group-commit和rocksdb引擎的group-commit。

  

從圖中能夠看出，在server層group-commit機制下，流入到rocksdb引擎層commit接口的都是串行的，既然是串行的，爲何sequenceNumber會存在跳躍呢？這時候我想到了binlog_order_commits參數，以前爲了提升性能，關閉了該參數，也就是在提交的最後一階段，多個事務併發在引擎層提交，會不會與併發寫memtable有關，由於在以前復現的過程當中，咱們發現關閉併發寫memtable特性(rocksdb_allow_concurrent_memtable_write=0)，問題不會復現。

但使人失望的是，在併發寫memtable狀況下，即便打開了binlog_ordered_commit(server層串行commit)，事務串行在引擎層提交仍然會出現一樣的問題。

       到這裏彷佛陷入了死衚衕，引擎層永遠只有一個事務進來，爲啥開啓併發寫memtable會影響正確性呢？由於一個事務無法併發。不知何時靈光一現，prepare階段和commit階段併發。由於rocksdb最終提交接口WriteImpl是prepare和commit公用的，經過傳入的參數來區別。prepare階段寫wal日誌，commit階段寫memtable和commit日誌。那咱們就重點來看prepare和commit併發進入WriteImpl時SequenceNumber相關的代碼，果真發現了問題。這裏我簡單介紹下開啓併發寫memtable選項時，事務的提交邏輯。

   1.每一個事務都對應一個write-batch
   2.第一個進入WriteImpl函數的線程爲leader，其它線程爲follower
   3.leader和follower根據前後順序串成一個鏈表
   4.對於併發寫memtable的狀況，leader根據每一個事務write-batch的count，計算每一個事務的start-sequenceNumber。
   5.leader寫完wal日誌後，follower根據各自start-sequenceNumber，併發寫memtable
   6.全部事務都寫完memtable後，leader更新全局的sequenceNumber。 

問題主要發生在第4個步驟，計算start-sequenceNumber時，忽略了prepare事務的判斷，致使在prepare事務與commit事務成爲一個group時，commit事務的sequence出現跳躍，而全局的sequenceNumber只統計了commit事務，最終致使了寫入memtable的sequenceNumber比全局sequenceNumber大的現象，進而發生了後續的錯誤。下面列舉一個錯誤的例子，假設slave_worker1和slave_worker2分別執行完事務trx1和trx2操做，更新位點後開始事務提交，trx1處於prepare階段，trx2處於commit階段，trx1和trx2組成一個commit-group， trx1是leader，trx2是follower，current_sequence 是101。

trx1: prepare phase, batch count is 3
put(user_key1,v1);
put(user_key2,v2);
put(user_key3,v3);

trx2: commit phase, batch count is 2
put(user_keyA,v1);
put(user_keyB,v2);

trx1是leader，所以trx2的start sequence 是101+3=104，寫入memtable中的user_keyA的sequence是104，user_keyB的sequence是105。Current sequence推動到103。這個group結束後，對於新事務trx3， 若是Current sequnce爲已經推動到120(全局任何事務提交都會推動sequence)，trx3更新user_keyA，就會發現已經存在(user_keyA, 104)，也就是咱們遇到的錯誤；而另一種狀況，假設current Sequence沒有推動，仍然爲103，則會發生更新丟失，由於查不到(user_keyA,104)這條記錄。這正好解釋了，爲啥咱們在同步過程當中，會發生丟失更新的問題。

while (w != pg->last_writer) {
// Writers that won't write don't get sequence allotment
if (!w->CallbackFailed()) {
sequence += WriteBatchInternal::Count(w->batch); # // BUG HERE: not check w-> ShouldWriteToMemtable, sequence out of bound.
}

w = w->link_newer;
w->sequence = sequence;
w->parallel_group = pg;
SetState(w, STATE_PARALLEL_FOLLOWER);
}

小插曲

      到這裏，咱們已經回答了以前的全部疑問，問題也最終定位。但萬萬沒想到，修改代碼提交後，複製問題依舊存在，我感嘆是否是不僅一個bug。因而繼續查，看了下日誌，已經不是以前的slave_worker_info表出錯了，而是一張業務表。後來才發現是由於替換mysqld後隔離級別沒有設置，重啓實例後，隔離級別變爲Read-Repeatable級別致使。這裏簡單說下RR隔離下，並行複製下，致使上述錯誤的緣由。首先明確一點，RR隔離是在事務的第一個語句獲取快照，之後事務中全部語句都使用這個快照，而RC隔離級別則是事務的每一個語句會單獨獲取快照。在並行複製模式下，假設這樣一種狀況：

時間軸	Trx1	Trx2
1	Begin	Begin
2	Update t1 set v=? where k=1
3		Update t2 set v=? where k=1
4		commit
5	Update t2 set v=? where k=1

RR隔離級別下，trx1會在第一個update語句獲取快照，更新t2表時，仍然使用以前的快照，而在這期間，t2表的k=1對應的記錄可能被修改，致使記錄的sequenceNumber大於trx1快照的sequenceNumber，進而致使更新t2失敗。而若是是RC級別，trx1執行更新t2表時則會從新獲取快照，不會存在問題。

問題解決

      處理sequenceNumber邏輯不正確主要會致使兩個問題，備庫丟失更新和備庫複製中斷。定位到問題緣由，而且對全部疑問都有合理的解釋後，修改就比較簡單了，在計算start-sequenceNumber函數LaunchParallelFollowers中，添加prepare事務的判斷便可，隨後還須要編寫測試用例穩定復現，並進行迴歸測試纔算是最終修復這個補丁。咱們將問題反饋給官方https://github.com/facebook/mysql-5.6/issues/481，很快獲得了官方的確認和回覆。

總結

      整個排查過程仍是比較曲折，由於這個bug涉及到併發，而且是特定參數組合的併發纔會出問題，因此對於這種複雜的場景，經過合理假設與日誌埋點能逐步獲得一些結論和依據，最後抽絲剝繭獲取與問題相關的信息，才最終解決問題。咱們在測試驗證中過程當中不斷髮現不少看似與預期不符的日誌，也正是這些日誌讓咱們把整個流程弄透徹，離解決問題愈來愈近，總之不要放過任何一個疑點，由於要堅信日誌不會騙人，而代碼邏輯可能由於你忽略了某些分支，致使會有錯誤的推斷。