XLOG段文件跳号现象分析

一、原理

当执行promote 时，我们经常看到的结果是：生成一个新 XLOG 文件，名称为：时间线加 1 ，段文件名为之前的段文件号。那么做这个动作的时机是什么时候呢？是否只有这一种现象，会不会有其他现象？先透露下，当执行 promote 动作前，最后一个 XLOG 日志是 SWITCH 时，段文件号会加 1 。下面我们对其流程做详细分析，并通过 gdb 理解其原理。

     做这个动作的函数是 exitArcHiveRecovery ， 调用时机为startup 进程退出的时刻，见堆栈：

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

具体代码行为恢复完成之后：

StartupXLOG-> 读取 checkpoint-> 恢复 ->exitArchiveRecovery ： EndOfLog 为当前回放日志最后的位置， EndOfLogTLI 为当前退出时回放日志的时间线。当 data 目录下有 standby.signal 文件即该机器是备时 ArchiveRecoveryRequested 为 TRUE 。

exitArchiveRecovery 函数调用流程如下：首先通过 endOfLog 即回放最后的位置计算出段文件日志号： endLogSegNo= (endOfLog - 1) / (wal_segment_size) ； startLogSegNo= endOfLog / (wal_segment_size) 。如果 endLogSegNo 等于 startLogSegNo ，表示回放位置为文件中间位置，在调用 XLogFileCopy 生成一个新文件，并将上个 XLOG 文件内容拷贝到新文件中；段文件号相同，时间线加 1 。如果 endLogSegNo 不等于 startLogSegNo ，即回放位置正好是文件大小的末尾处，或者正好是 SWITCH 这个日志，那么调用 XLogFileInit 函数进行初始化文件：

XlogFileCopy 函数调用：调用 XLogFilePath 函数获取源 XLOG 文件名， OpenTransientFile 打开该文件，创建并打开一个临时 XLOG 文件 pg_wal/xlogtemp.pid ， pid 为 startup 进程的 ID 号。 sizeof(buffer) 为一页大小 8192 字节，从源文件每次 read 一页数据并将之 write 到 xlogtemp 文件，最后一页数据如果不够 8192 字节，则有多少读取多少并写入文件。当文件拷贝完成后，执行一次 sync 。最后调用 InstallXLogFileSegment 将文件重命名。

InstallXLogFileSegment 函数： XlogFileCopy 调用时， find_free 为 false ，直接将文件重命名为时间线加 1 的文件名； XLogFileInit 调用时为 TRUE ，将段文件号加 1 后（注意这里不是加 1 ，是因为正好是文件末尾，求得的是下一个段文件号，只是现象上看是加 1 ），重命名为时间线加 1 的文件，会先 stat 下这个文件，该流程返回值是 2 即该文件不存在，所以不会再将 segno 加 1 ，直接跳过虚框内的步骤，进入重命名流程 durable_like_or_rename 。

XLogFileInit 函数的调用：首先获取新文件的文件名，即时间线加 1 ，段文件名为原文件名，本次 exitArchiveRecovery 函数的调用流程中， use_existent 为 TRUE 所以会视图打开该文件。当然因为该文件不存在所以打开失败。然后创建并打开一个临时文件 xlogtemp.pid ，将该文件全部清 0 ，最后 sync 。之后调用 InstallXLogFileSegment 函数重命名。最后打开新文件以供之后使用。

二、GDB跟踪-lsn位置在xlog文件中间

1 、进入第一个断点，即函数入口

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 、接着计算出段文件号，这两个值相等，即执行 promote 时， lsn 最后位置在文件中间。

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

3 、 lsn 在文件中间，调用 XlogFileCopy ， upto 为 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 、打开原文件 00000001 0000000000000001 ，以及临时文件 xlogtemp.29683

3406  srcfd = OpenTransientFile(path, O_RDONLY | PG_BINARY);
(gdb) p path
$4 = "pg_wal/00000001", '0' <repeats 15 times>, "1", '\000' <repeats 869 times>, "\b\221\250\277gmE\b\004\005ĥ\000\000\000\001\030\221\250\277\bnE\b\004\005ĥ\000\000\000\001X\221\250\277$\207E\b\004\005ĥ\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\005ĥ\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 、循环进行拷贝，一次拷贝一页 8192 字节

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 函数重命名， path 为 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 NҬ\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 、将临时文件重命名为 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 NҬ\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跟踪-lsn位置在xlog文件尾或最后一个为SWITCH

1 、 lsn 位于文件尾，调用函数 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 为 000000040000000000000003, 该文件不存在

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 、创建并打开临时文件，将 zbuffer.data 清 0 ，然后一页一页的将文件清 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 、进入 InstallXLogFileSegment 函数， 000000040000000000000003 文件 stat 失败，调用 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 NҬ\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