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MySQL删除表时I/O错误的原因分析与解决

问题现象

最近使用sysbench测试MySQL,由于测试时间较长,写了一个脚本按prepare->run->cleanup的顺序在后台跑着。跑完后察看日志发现一个问题,MySQL服务的错误日志中出现多条类似以下信息的报错:

[ERROR] InnoDB: Trying to do I/O to a tablespace which does not exist. I/O type: read, page: [page id: space=32, page number=57890], I/O length: 16384 bytes。

看起来是I/O出现了错误,但MySQL进程并未崩溃,sysbench客户端也没有报错。

发现问题过程

根据报错的时间记录以及脚本输出的各个阶段的时间点对比,确定了当时脚本正在执行的命令为:

sysbench --tables=100 --table-size=4000000 --threads=50 --mysql-db=sbtest --time=300 oltp_delete cleanup

重新手动执行一遍这个用例,却没有再出现同样的情况。但是用脚本执行却依然能够发现这个错误信息。初步怀疑是run和cleanup之间不能间隔太久才会触发这个问题。由于执行一遍100G数据量的时间较长,重现代价较大,先尝试缩减用例数据量。将—table-size=4000000修改为2000000,此时执行脚本,又不会触发这个问题了,最后将—table-size=3000000可以稳定触发又能减少部分重现时间。为了确认是否间隔太长会导致不能复现,修改脚本在run和cleanup两个阶段之间sleep 10秒,果然不会触发这个错误信息。修改为sleep 5秒则还能触发,不过报错条数已有所减少。

问题调查

察看对应版本mysql5.7.22的代码,发现这个报错只有一个位置:fil0fil.cc文件的第5578行fil_io()函数内。 直接使用gdb调试,在这个位置加上断点,并执行可复现的脚本,得到以下堆栈:

(gdb) bt
#0 fil_io (type=..., sync=sync@entry=false, page_id=..., page_size=..., byte_offset=byte_offset@entry=0, len=16384, buf=0x7f9ead544000, message=message@entry=0x7f9ea8ce9c78) at mysql-5.7.22/storage/innobase/fil/fil0fil.cc:5580
#1 0x00000000010f99fa in buf_read_page_low (err=0x7f9ddaffc72c, sync=<optimized out>, type=0, mode=<optimized out>, page_id=..., page_size=..., unzip=true) at mysql-5.7.22/storage/innobase/buf/buf0rea.cc:195
#2 0x00000000010fc5fa in buf_read_ibuf_merge_pages (sync=sync@entry=false, space_ids=space_ids@entry=0x7f9ddaffc7e0, page_nos=page_nos@entry=0x7f9ddaffc7a0, n_stored=2) at mysql-5.7.22/storage/innobase/buf/buf0rea.cc:834
#3 0x0000000000f3a86c in ibuf_merge_pages (n_pages=n_pages@entry=0x7f9ddaffce30, sync=sync@entry=false) at mysql-5.7.22/storage/innobase/ibuf/ibuf0ibuf.cc:2552
#4 0x0000000000f3a94a in ibuf_merge (sync=false, sync=false, n_pages=0x7f9ddaffce30) at mysql-5.7.22/storage/innobase/ibuf/ibuf0ibuf.cc:2656
#5 ibuf_merge_in_background (full=full@entry=false) at mysql-5.7.22/storage/innobase/ibuf/ibuf0ibuf.cc:2721
#6 0x000000000102bcf4 in srv_master_do_active_tasks () at mysql-5.7.22/storage/innobase/srv/srv0srv.cc:2132
#7 srv_master_thread (arg=<optimized out>) at mysql-5.7.22/storage/innobase/srv/srv0srv.cc:2383
#8 0x00007fa003eeddc5 in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0
#9 0x00007fa002aab74d in clone () from /lib64/libc.so.6  

很明显这是后台线程在做insert buffer merge操作。此时发现space->stop_new_ops为true,也就是要处理的页面所属的space正在被删除。为什么会去操作正在被删除的space呢?这需要调查下insert buffer功能、insert buffer merge的流程以及删除表的流程。

insert buffer背景知识

insert buffer是一种特殊的数据结构(B+ tree),当辅助索引页面不在缓冲池中时,它会将更改缓存起来,稍后在页面被其他读取操作加载到缓冲池中时合并。MySQL最初引进这个功能的时候只能缓存insert操作,所以叫做insert buffer,现在这些操作可以是 INSERT, UPDATE, or DELETE(DML),所以改叫做change buffer了(本文依然以insert buffer描述),但源码中依然以ibuf作为标识。这个功能把若干对同一页面的更新缓存起来,合并为一次性更新操作,减少了IO,并转化随机IO为顺序IO,这样可以避免随机IO带来性能损耗,提高数据库的写性能。

相关insert buffer merge逻辑

当buffer page读入buffer pool时,就会进行insert buffer merge。主要有几个场景会出现merge过程:

  • 当页面被读入缓冲池时,读取完成后先进行ibuf的merge,然后页面才可用;
  • merge操作作为后台任务执行。 innodb_io_capacity参数可设置InnoDB后台任务每次merge过程的页面数上限;
  • 在崩溃恢复期间,当索引页被读入缓冲池时,将执行对应页的insert buffer merge;
  • insert buffer具有持久性,系统崩溃不会导致它失效。重启后,insert buffer merge操作将恢复正常;
  • 服务器关闭时可使用—innodb-fast-shutdown = 0强制进行ibuf的完全合并。

我们这次的问题很明显属于第二种情况。innodb主线程(svr_master_thread)会每隔一秒主动进行一次insert buffer的merge操作。先判断过去1s之内服务器是否发生过活动(插入元组到页面、undo表上的行操作等),如果发生过,则merge的最大页面数为innodb_io_capacity设定的5%。如果没有则merge的最大页面数为innodb_io_capacity设定的值。

innodb主线程(svr_master_thread)merge的主流程如下:

  • 主线程从ibuf树的叶子节点读取页号和space号,并记录到一个二元数组中(未加锁);
  • 主线程对二元组中space进行检测是否在表空间缓存中,如不在,说明已经被删除了,删除对应ibuf的记录;
  • 主线程判断是否对一个正在删除的space进行异步读取操作,如果是,报错,并删除对应ibuf的记录,转到过程2继续下一个数组元素的判断;
  • 如果一切判断正常,主线程发出async io请求,async读取需要被merge的索引页面;
  • I/O handler 线程,在接受到完成的async I/O之后,进行merge操作;
  • 进行merge的时候调用fil_space_acquire对space->n_pending_ops进行自增。避免删除操作并发;
  • 执行完毕后调用fil_space_release对space->n_pending_ops进行自减。

相关删除表的逻辑

  • 对fil_system->mutex加锁,设置sp->stop_new_ops = true,标记space正在删除,不允许对它进行新操作,然后对fil_system->mutex解锁;
  • 对fil_system->mutex加锁,检测space->n_pending_ops,对fil_system->mutex解锁。如果检测到大于0,意味着还有依赖的操作未完成,睡眠20ms后重试;
  • 对fil_system->mutex加锁,检测space->n_pending_flushes和(*node)->n_pending ,对fil_system->mutex解锁。如果检测到大于0,意味着还有依赖的I/O未完成,睡眠20ms后重试;
  • 此时认为已经没有冲突的操作了,刷出所有脏页面或删除所有给定的表空间的页面;
  • 从表空间缓存删除指定space的记录;
  • 删除对应数据文件。

问题结论

情况很明确了,主线程获取ibuf的(space,page)的过程与删除操作执行的过程并没有锁保证互斥,只有async I/O完成之后的merge操作与删除操作才有互斥。如果后台线程开始ibuf merge并已经执行过了第2步的检测,但还没有执行到第3步检测,此时用户线程开始做删除表的操作,并设置好stop_new_ops标记但还没有执行到第5步删除表空间缓存,就会出现这个错误信息。两线程的交互如下图所示:

不出意外的话,在打中断点时必然有线程在执行对应表的删除操作。果然我们可以发现如下堆栈:

Thread 118 (Thread 0x7f9de0111700 (LWP 5234)):
#0 0x00007fa003ef1e8e in pthread_cond_broadcast@@GLIBC_2.3.2 () from /lib64/libpthread.so.0
#1 0x0000000000f82f41 in broadcast (this=0xd452ef8) at mysql-5.7.22/storage/innobase/os/os0event.cc:184
#2 set (this=0xd452ef8) at mysql-5.7.22/storage/innobase/os/os0event.cc:75
#3 os_event_set (event=0xd452ef8) at mysql-5.7.22/storage/innobase/os/os0event.cc:483
#4 0x00000000010ec8a4 in signal (this=<optimized out>) at mysql-5.7.22/storage/innobase/include/ut0mutex.ic:105
#5 exit (this=<optimized out>) at mysql-5.7.22/storage/innobase/include/ib0mutex.h:690
#6 exit (this=<optimized out>) at mysql-5.7.22/storage/innobase/include/ib0mutex.h:961
#7 buf_flush_yield (bpage=<optimized out>, buf_pool=<optimized out>) at mysql-5.7.22/storage/innobase/buf/buf0lru.cc:405
#8 buf_flush_try_yield (processed=<optimized out>, bpage=<optimized out>, buf_pool=<optimized out>) at mysql-5.7.22/storage/innobase/buf/buf0lru.cc:449
#9 buf_flush_or_remove_pages (trx=<optimized out>, flush=<optimized out>, observer=<optimized out>, id=<optimized out>, buf_pool=<optimized out>) at mysql-5.7.22/storage/innobase/buf/buf0lru.cc:632
#10 buf_flush_dirty_pages (buf_pool=<optimized out>, id=<optimized out>, observer=<optimized out>, flush=<optimized out>, trx=<optimized out>) at mysql-5.7.22/storage/innobase/buf/buf0lru.cc:693
#11 0x00000000010f6de7 in buf_LRU_remove_pages (trx=0x0, buf_remove=BUF_REMOVE_FLUSH_NO_WRITE, id=55, buf_pool=0x31e55e8) at mysql-5.7.22/storage/innobase/buf/buf0lru.cc:893
#12 buf_LRU_flush_or_remove_pages (id=id@entry=55, buf_remove=buf_remove@entry=BUF_REMOVE_FLUSH_NO_WRITE, trx=trx@entry=0x0) at mysql-5.7.22/storage/innobase/buf/buf0lru.cc:951
#13 0x000000000114e488 in fil_delete_tablespace (id=id@entry=55, buf_remove=buf_remove@entry=BUF_REMOVE_FLUSH_NO_WRITE) at mysql-5.7.22/storage/innobase/fil/fil0fil.cc:2800
#14 0x0000000000fe77bd in row_drop_single_table_tablespace (trx=0x0, is_encrypted=false, is_temp=false, filepath=0x7f9d7c209f38 "./sbtest/sbtest25.ibd", tablename=0x7f9d7c209dc8 "sbtest/sbtest25", space_id=55) at mysql-5.7.22/storage/innobase/row/row0mysql.cc:4189
#15 row_drop_table_for_mysql (name=name@entry=0x7f9de010e020 "sbtest/sbtest25", trx=trx@entry=0x7f9ff9515750, drop_db=<optimized out>, nonatomic=<optimized out>, nonatomic@entry=true, handler=handler@entry=0x0) at mysql-5.7.22/storage/innobase/row/row0mysql.cc:4741
#16 0x0000000000f092f3 in ha_innobase::delete_table (this=<optimized out>, name=0x7f9de010f5e0 "./sbtest/sbtest25") at mysql-5.7.22/storage/innobase/handler/ha_innodb.cc:12539
#17 0x0000000000801a30 in ha_delete_table (thd=thd@entry=0x7f9d7c1f6910, table_type=table_type@entry=0x2ebd100, path=path@entry=0x7f9de010f5e0 "./sbtest/sbtest25", db=db@entry=0x7f9d7c00e560 "sbtest", alias=0x7f9d7c00df98 "sbtest25", generate_warning=generate_warning@entry=true) at mysql-5.7.22/sql/handler.cc:2586
#18 0x0000000000d0a6af in mysql_rm_table_no_locks (thd=thd@entry=0x7f9d7c1f6910, tables=tables@entry=0x7f9d7c00dfe0, if_exists=true, drop_temporary=false, drop_view=drop_view@entry=false, dont_log_query=dont_log_query@entry=false) at mysql-5.7.22/sql/sql_table.cc:2546
#19 0x0000000000d0ba58 in mysql_rm_table (thd=thd@entry=0x7f9d7c1f6910, tables=tables@entry=0x7f9d7c00dfe0, if_exists=<optimized out>, drop_temporary=<optimized out>) at mysql-5.7.22/sql/sql_table.cc:2196
#20 0x0000000000c9d90b in mysql_execute_command (thd=thd@entry=0x7f9d7c1f6910, first_level=first_level@entry=true) at mysql-5.7.22/sql/sql_parse.cc:3589
#21 0x0000000000ca1edd in mysql_parse (thd=thd@entry=0x7f9d7c1f6910, parser_state=parser_state@entry=0x7f9de01107a0) at mysql-5.7.22/sql/sql_parse.cc:5582
#22 0x0000000000ca2a20 in dispatch_command (thd=thd@entry=0x7f9d7c1f6910, com_data=com_data@entry=0x7f9de0110e00, command=COM_QUERY) at mysql-5.7.22/sql/sql_parse.cc:1458
#23 0x0000000000ca4377 in do_command (thd=thd@entry=0x7f9d7c1f6910) at mysql-5.7.22/sql/sql_parse.cc:999
#24 0x0000000000d5ed00 in handle_connection (arg=arg@entry=0x10b8e910) at mysql-5.7.22/sql/conn_handler/connection_handler_per_thread.cc:300
#25 0x0000000001223d74 in pfs_spawn_thread (arg=0x10c48f40) at mysql-5.7.22/storage/perfschema/pfs.cc:2190
#26 0x00007fa003eeddc5 in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0
#27 0x00007fa002aab74d in clone () from /lib64/libc.so.6 

解决办法

为buf_read_ibuf_merge_pages、buf_read_page_low、fil_io新增一个参数ignore_missing_space。表示忽略正在删除的space,默认为false,当ibuf_merge_pages调用的时候置为true。在fil_io报错处额外判断该参数是否为true,是则不报错,继续其他流程。

或者直接在buf_read_ibuf_merge_pages调用buf_read_page_low时传入IORequest::IGNORE_MISSING参数。

具体代码参考MariaDB commit:8edbb1117a9e1fd81fbd08b8f1d06c72efe38f44

影响版本

察看相关信息,这个问题是修改Bug#19710564时删除表空间版本引入的。

  • MySQL Community Server 5.7.6引入,版本5.7.22尚未修复,版本8.0.0已修复。
  • MariaDB Server 10.2受影响。MariaDB Server 10.2.9, 10.3.2已修复

优化建议

可优化一下性能:在buf_read_ibuf_merge_pages中记录下出错的space id,循环的时候判断下一个page的space id,如果space id是相同的,直接删除对应ibuf的记录(当前分配的最大space id记录在系统表空间,space id占4个字节,低于0xFFFFFFF0UL,分配时读取系统表空间保存的值,然后加一,具有唯一性)。

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,如果有疑问大家可以留言交流,谢谢大家对脚本之家的支持。

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