初识 undo类型日志系统

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日志系统是保证数据库管理系统正确执行事务的基本机制。根据作用的不同，日志系统分为 undo 和 redo 两种，本文对 undo 类型日志的原理进行简单模拟说明。

1 UNDO 日志要求

• 日志记录了数据修改之前的旧值；
• 数据刷盘之前，把日志刷盘；（一致性）
• 数据刷盘之后，把日志 COMMIT 刷盘。（持久性）

2 UNDO 日志缺陷

UNDO 日志提供了足够的信息可以保证事务的一致性和持久性。但是，为了保持一致性，采取的是被动保守的策略，即：用旧值覆盖不能确保成功的事务。 未成功的事务不能重新执行，只能恢复到事务之前的一致状态。

2 模拟代码

只是模拟了数据写入的过程，没有模拟数据恢复过程，待以后有时间补充。

/* UNDO 类型日志基本流程模拟 */
 
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <err.h>
 
/* 日志文件, 基本格式:
 * T1_START
 * A=100
 * B=100
 * T1_COMMIT
 */
 
#define LOG_FILE "test.log"
 
/* 数据文件, 基本格式: 每行一个键值对，长度固定为 1024，右侧用空格填充。* A=100     (padding)
 * B=100     (padding)
 */
#define DATA_FILE "test.data"
 
#define LINE_MAX 1024
 
/* 键值对 */
typedef struct KV KV;
struct KV
{char* key;
    char* value;
};
 
/* 从硬盘读取名为 k 的数据 */
static int fread_kv(char* k, char* v, FILE* fp)
{rewind(fp);
    char line[LINE_MAX+1]={0};
    int lineNo = 0;
    while(fread(line, 1, LINE_MAX, fp)==LINE_MAX){int i=0;
        while(k[i] && line[i]!='='){if(k[i] != line[i]){break;
            }
            i++;
        }
        if(line[i] == '='){strcpy(v, &line[i+1]);
            return lineNo;
                                                                                                                                                                    1,1           Top        }
        lineNo ++;
    }
    return -1;
}
/* 把数据刷入硬盘 */
static void fwrite_kv(char* k,  char* v, FILE* fp)
{int lineNo = -1;
    char newLine[LINE_MAX];
    sprintf(newLine, "%s=%s", k, v);
    int offset = 0;
    if((lineNo=fread_kv(k,v,fp))<0)  /* insert */
    {offset = fseek(fp, 0, SEEK_END);
    }else{/* update */
        offset = fseek(fp, LINE_MAX * lineNo, 0);
    }
 
    fprintf(fp, "%-1023s\n", newLine);
    fflush(fp);
}
 
 
int main(int argc, char** argv)
{FILE* fpLog = fopen(LOG_FILE, "r+");
    FILE* fpData = fopen(DATA_FILE, "r+");
 
    if(!(fpLog && fpData)){perror(NULL);
    }
 
    /* 开始一个事务 */
    char log[1024] = "T1 START\n";
 
    /* 在内存中执行事务操作 */
    char v[LINE_MAX];
    fread_kv("A", v, fpData);
    int A = atoi(v);
 
    fread_kv("B", v, fpData);
    int B = atoi(v);
 
    char logA[1024];
    sprintf(logA, "T1:A=%d\n", A); /* 在日志中记录旧值 */
    strcat(log, logA);
    A -= 50;
 
    char logB[1024];
    sprintf(logB, "T1:B=%d\n", B); /* 在日志中记录旧值 */
    strcat(log, logB);
    B += 50;
 
    /************** 如果此时发生故障，日志和数据均尚未写出到硬盘上, 事务丢失，但保持数据库一致性.*************/
    /* 数据刷盘之前，先把日志刷入硬盘 */
    fputs(log, fpLog);
    fflush(fpLog);
 
    /************* 如果此时发生故障，日志旧值已经被写出到硬盘上，数据尚未写入，恢复时需要把旧值恢复.(随然数据未刷盘，但并不可知）********/
    /* 把数据新值刷入硬盘 */
    sprintf(v, "%d", A);
    fwrite_kv("A", v, fpData);
    /************* 如果此时发生故障，日志旧值已经被写出到硬盘上，数据尚未写入，恢复时需要把旧值恢复.********/
 
    abort(); /* 模拟故障 */
 
    sprintf(v, "%d", B);
    fwrite_kv("B", v, fpData);
    /************* 如果此时发生故障，日志旧值已经被写出到硬盘上，数据已经写入硬盘，但是 COMMIT 日志未写出，也需要恢复旧值.(虽然数据已完整刷盘，但并不可知）********/
 
    /* 数据刷盘之后，把提交日志刷入硬盘 */
    fputs("T1 COMMIT\n", fpLog);
    fflush(fpLog);
    /************* 如果此时发生故障，日志 COMMIT 已刷盘，能够确保数据也已经刷盘成功。无需恢复 ********/
 
    fclose(fpLog);
    fclose(fpData);
    return 0;
}

代码执行之前：
数据文件内容如下：

A=100
B=100

上述代码执行后：
数据文件内容如下：

A=50
B=100

日志文件内容如下：

T1 START
T1:A=100
T1:B=100

根据日志文件，由于没有找到 T1 COMMIT，所以断定事务 T1 未能成功，数据可能处于不一致状态，需要数据恢复。进而根据日志文件，可以得到事务 T1 执行之前的数据旧值 A =100，B=100，恢复也就很容易了，只要把 A，B 的值都更新为其对应的旧值就可以了。

恢复之后的数据文件：

A=100
B=100

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