从Mysql slave system lock延迟说开去

本文主要分析 sql thread中system lock出现的原因，但是笔者并明没有系统的学习过master-slave的代码，这也是2018年的一个目标，2018年我都排满了，悲剧。所以如果有错误请指出，也作为一个笔记用于后期学习。同时也给出笔者现在知道的几种造成延迟的可能和延迟计算的方式。

• 本文基于5.7.17源码
• 本文只考虑row 格式binlog
• 主要考虑DML语句，DDL语句比较简单不做考虑

一、延迟的计算方式

其实每次show slave status命令的时候后台会调用函数show_slave_status_send_data进行及时计算，这个延迟并不是保存在哪里的。栈帧如下：

#0  show_slave_status_send_data (thd=0x7fffd8000cd0, mi=0x38ce2e0, io_gtid_set_buffer=0x7fffd800eda0 "e859a28b-b66d-11e7-8371-000c291f347d:42-100173", 
    sql_gtid_set_buffer=0x7fffd8011ac0 "e859a28b-b66d-11e7-8371-000c291f347d:1-100173") at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:3602
#1  0x0000000001867749 in show_slave_status (thd=0x7fffd8000cd0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:3982
#2  0x0000000001867bfa in show_slave_status_cmd (thd=0x7fffd8000cd0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:4102

其计算方式基本就是这段代码

time_diff= ((long)(time(0) - mi->rli->last_master_timestamp) - mi->clock_diff_with_master);

稍微解释一下：

• time(0) ：取当前slave服务器系统时间。
• mi->rli->last_master_timestamp：是event common header中timestamp的时间+exetime，其中exetime只有query event才有，其他全部是0,这也导致了binlog row格式下的延迟最大基本是(2 乘以主库的执行的时间)，但是DDL的语句包含在query event中索引延迟最大基本就是(1 乘以 主库执行时间)
• mi->clock_diff_with_master：这是从库和主库时间的差值。

这里我们也看到event中common header中的timestamp和slave本地时间起了决定因素。因为每次发起命令time(0)都会增加，所以即便event中common header中的timestamp的时间不变延迟也是不断加大的。

另外还有一段有名的伪代码如下：

 /*
     The pseudo code to compute Seconds_Behind_Master:
     if (SQL thread is running)
     {
       if (SQL thread processed all the available relay log)
       {
         if (IO thread is running)
            print 0;
         else
            print NULL;
       }
        else
          compute Seconds_Behind_Master;
      }
      else
       print NULL;
  */

其实他也来自函数 show_slave_status_send_data，有兴趣的自己在看看。我就不过多解释了。

这部分还可以参考一下淘宝内核月报

• https://www.kancloud.cn/taobaomysql/monthly/140089
  这也是后期我还要学习的文章。

二、Binlog写入Binlog文件时间和event生成的时间

我发现有朋友这方面有疑问就做个简单的解释

• binlog真正从binglog cache/tmp file写入binlog文件是在commit的flush阶段然后sync阶段才落盘，传输是在order commit的flush后。
• event生成是在语句执行期间，具体各个event生成时间如下：

1. 如果没有显示开启事物，Gtid event/query event/map event/dml event/xid event均是命令发起时间
2. 如果显示开始事物 Gtid event/xid event是commit命令发起时间，其他event是dml语句发起时间

所以binlog写入到binlog文件或者什么时候传输到slave和event的生成没有什么联系。
下面是一个小事物典型的event生命周期

>Gtid Event:Pos:234(0Xea) N_pos:299(0X12b) Time:1513135186 Event_size:65(bytes) 
Gtid:31704d8a-da74-11e7-b6bf-52540a7d243:100009 last_committed=0  sequence_number=1
-->Query Event:Pos:299(0X12b) N_Pos:371(0X173) Time:1513135186 Event_size:72(bytes) 
Exe_time:0  Use_db:test Statment(35b-trun):BEGIN /*!Trx begin!*/ Gno:100009
---->Map Event:Pos371(0X173) N_pos:415(0X19f) Time:1513135186 Event_size:44(bytes) 
TABLE_ID:108 DB_NAME:test TABLE_NAME:a Gno:100009
------>Insert Event:Pos:415(0X19f) N_pos:455(0X1c7) Time:1513135186 Event_size:40(bytes) 
Dml on table: test.a  table_id:108 Gno:100009 
>Xid Event:Pos:455(0X1c7) N_Pos:486(0X1e6) Time:1513135186 Event_size:31(bytes) 
COMMIT; /*!Trx end*/ Gno:100009

三、造成延迟的可能原因

这部分是我总结现有的我知道的原因：

• 大事物延迟 延迟略为2*执行时间 状态为:reading event from the relay log
• 大表DDL延迟 延迟略为1*执行时间 状态为:altering table
• 长期未提交的事物延迟，会造成延迟的瞬时增加
• 表上没有主键或者唯一键 状态为:system lock 或者 reading event from the relay log
• innodb层锁造成延迟 状态为:system lock 或者 reading event from the relay log
• 从库参数设置如sync_binlog，sync_relay_log，innodb_flush_log_at_trx_commit等参数

这些原因都是我遇到过的。接下来我想分析一下从库system lock形成的原因。

四、问题由来

问题主要是出现在我们的线上库的从库上，我们经常发现某些数据量大的数据库，sql thread经常处于system lock状态下，大概表现如下：

mysql> show processlist;
+----+-------------+-----------+------+---------+------+----------------------------------+------------------+
| Id | User        | Host      | db   | Command | Time | State                            | Info             |
+----+-------------+-----------+------+---------+------+----------------------------------+------------------+
|  3 | root        | localhost | test | Sleep   |  426 |                                  | NULL             |
|  4 | system user |           | NULL | Connect | 5492 | Waiting for master to send event | NULL             |
|  5 | system user |           | NULL | Connect |  104 | System lock                      | NULL             |
|  6 | root        | localhost | test | Query   |    0 | starting                         | show processlist |
+----+-------------+-----------+------+---------+------+----------------------------------+------------------+

对于这个状态官方有如下描述:

The thread has called mysql_lock_tables() and the thread state has not been updated since.
This is a very general state that can occur for many reasons.
For example, the thread is going to request or is waiting for an internal or external system lock for the
table. This can occur when InnoDB waits for a table-level lock during execution of LOCK TABLES.
If this state is being caused by requests for external locks and you are not using multiple mysqld
servers that are accessing the same MyISAM tables, you can disable external system locks with the
--skip-external-locking option. However, external locking is disabled by default, so it is likely
that this option will have no effect. For SHOW PROFILE, this state means the thread is requesting the
lock (not waiting for it).

显然不能解决我的问题，一时间也是无语。而我今天在测试从库手动加行锁并且sql thread冲突的时候发现了这个状态，因此结合gdb调试做了如下分析，希望对大家有用，也作为后期我学习的一个笔记。

五、system lock 延迟的原因

这里直接给出原因供大家直接参考:
必要条件：
由于大量的小事物如UPDATE/DELETE table where一行数据，这种只包含一行DML event的语句，table是一张大表。

• 这个表上没有主键或者唯一键。
• 由于类似innodb lock堵塞，也就是slave从库修改了数据同时和sql_thread也在修改同样的数据。
• 确实I/O扛不住了，可以尝试修改参数。

如果是大量的表没有主键或者唯一键可以考虑修改参数slave_rows_search_algorithms 试试。但是innodb中不用主键或者主键不选择好就等于自杀。

六、system lock 延迟的问题分析

下面的分析是我通过gdb代码得出的结论可能有误
我们知道所有的state都是mysql上层的一种状态，如果要发生状态的改变必须要调用THD::enter_stage来改变，而system lock则是调用mysql_lock_tables进入的状态，同时从库SQL_THREAD中还有另外一种状态重要的状态reading event from the relay log。

这里是rpl_slave.cc handle_slave_sql函数中的很小的一部分主要用来证明我的分析。

/* Read queries from the IO/THREAD until this thread is killed */

  while (!sql_slave_killed(thd,rli)) //大循环
  {
    THD_STAGE_INFO(thd, stage_reading_event_from_the_relay_log); //这里进入reading event from the relay log状态
    if (exec_relay_log_event(thd,rli)) //这里会先调入next_event函数读取一条event，然后调用lock_tables但是如果不是第一次调用lock_tables则不需要调用mysql_lock_tables
                                       //逻辑在lock_tables调用mysql_lock_tables则会将状态置为system lock，然后进入innodb层进行数据的查找和修改
    
  }

这里还特地请教了阿里的印风兄验证了一下mysql_lock_tables是myisam实现表锁的函数innodb会设置为共享锁。

这里我们先抛开query event/map event等。只考虑DML event

• 如果一个小事物只有一条DML event的场景下逻辑如下：

->进入reading event from the relay log状态 
 ->读取一条event(参考next_event函数)
  ->进入system lock状态
   ->innodb层进行查找和修改数据

• 如果是一个大事物则包含了多条DML event的场景逻辑如下:

->进入reading event from the relay log状态 
 ->读取一条event(参考next_event函数)
  ->进入system lock状态
   ->innodb层进行查找和修改数据
->进入reading event from the relay log状态 
 ->读取一条event(参考next_event函数)
  ->innodb层进行查找和修改数据
->进入reading event from the relay log状态 
 ->读取一条event(参考next_event函数)
  ->innodb层进行查找和修改数据
....直到本事物event执行完成

因此我们看到对于一个小事物我们的sql_thread会在加system lock的情况下进行对数据进行查找和修改，因此得出了我的结论，同时如果是innodb 层 锁造成的sql_thread堵塞也会在持有system lock的状态下。但是对于一个大事物则不一样，虽然出现同样的问题的但是其状态是reading event from the relay log。所以如果出现system lock一般就是考虑前文给出的结论，但是前文给出的结论不一定都会引起system lock，这个要看是否是大事物。

以下的部分是我进行gdb的时候用到断点和栈帧是我自己看的

七、分析中用到的断点

• mysql_lock_tables 本函数更改状态为system lock
  gdb打印:p tables[0]->s->table_name
• THD::enter_stage 本函数改变状态
  gdb打印:p new_stage->m_name
• ha_innobase::index_read innodb查找数据接口
  gdb打印:p index->table_name
• ha_innobase::delete_row innodb删除数据接口
• exec_relay_log_event 获取event并且应用

1. 打印:ev->get_type_code()

八、两个栈帧

• 进入system lock状态

#0  THD::enter_stage (this=0x7fffec000970, new_stage=0x2ccd180, old_stage=0x0, calling_func=0x2216fd0 "mysql_lock_tables", 
    calling_file=0x22167d8 "/mysql/mysql-5.7.17/sql/lock.cc", calling_line=323) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/sql_class.cc:731
#1  0x00000000017451a6 in mysql_lock_tables (thd=0x7fffec000970, tables=0x7fffec005e38, count=1, flags=0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/lock.cc:323
#2  0x00000000014fe8da in lock_tables (thd=0x7fffec000970, tables=0x7fffec012b70, count=1, flags=0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/sql_base.cc:6630
#3  0x00000000014fe321 in open_and_lock_tables (thd=0x7fffec000970, tables=0x7fffec012b70, flags=0, prelocking_strategy=0x7ffff14e2360)
    at /mysql/mysql-5.7.17/sql/sql_base.cc:6448
#4  0x0000000000eee1d2 in open_and_lock_tables (thd=0x7fffec000970, tables=0x7fffec012b70, flags=0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/sql_base.h:477
#5  0x000000000180e7c5 in Rows_log_event::do_apply_event (this=0x7fffec024790, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/log_event.cc:10626
#6  0x00000000017f7b7b in Log_event::apply_event (this=0x7fffec024790, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/log_event.cc:3324
#7  0x00000000018690ff in apply_event_and_update_pos (ptr_ev=0x7ffff14e2818, thd=0x7fffec000970, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:4709
#8  0x000000000186a7f2 in exec_relay_log_event (thd=0x7fffec000970, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:5224//这里可以看到不同event不同的处理
#9  0x0000000001870db6 in handle_slave_sql (arg=0x357fc50) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:7332//这里是整个主逻辑
#10 0x0000000001d5442c in pfs_spawn_thread (arg=0x7fffd88fb870) at /mysql/mysql-5.7.17/storage/perfschema/pfs.cc:2188
#11 0x00007ffff7bc7851 in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0
#12 0x00007ffff672890d in clone () from /lib64/libc.so.6

• 在system lock状态下查找数据

#0  ha_innobase::index_read (this=0x7fffec0294c0, buf=0x7fffec0297b0 "\375\311y", key_ptr=0x0, key_len=0, find_flag=HA_READ_AFTER_KEY)
    at /mysql/mysql-5.7.17/storage/innobase/handler/ha_innodb.cc:8540
#1  0x000000000192126c in ha_innobase::index_first (this=0x7fffec0294c0, buf=0x7fffec0297b0 "\375\311y")
    at /mysql/mysql-5.7.17/storage/innobase/handler/ha_innodb.cc:9051
#2  0x00000000019214ba in ha_innobase::rnd_next (this=0x7fffec0294c0, buf=0x7fffec0297b0 "\375\311y") at /mysql/mysql-5.7.17/storage/innobase/handler/ha_innodb.cc:9149
#3  0x0000000000f4972c in handler::ha_rnd_next (this=0x7fffec0294c0, buf=0x7fffec0297b0 "\375\311y") at /mysql/mysql-5.7.17/sql/handler.cc:2947
#4  0x000000000180e1a9 in Rows_log_event::do_table_scan_and_update (this=0x7fffec035c20, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/log_event.cc:10475
#5  0x000000000180f453 in Rows_log_event::do_apply_event (this=0x7fffec035c20, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/log_event.cc:10941
#6  0x00000000017f7b7b in Log_event::apply_event (this=0x7fffec035c20, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/log_event.cc:3324
#7  0x00000000018690ff in apply_event_and_update_pos (ptr_ev=0x7ffff14e2818, thd=0x7fffec000970, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:4709
#8  0x000000000186a7f2 in exec_relay_log_event (thd=0x7fffec000970, rli=0x393b9c0) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:5224
#9  0x0000000001870db6 in handle_slave_sql (arg=0x357fc50) at /mysql/mysql-5.7.17/sql/rpl_slave.cc:7332
#10 0x0000000001d5442c in pfs_spawn_thread (arg=0x7fffd88fb870) at /mysql/mysql-5.7.17/storage/perfschema/pfs.cc:2188
#11 0x00007ffff7bc7851 in start_thread () from /lib64/libpthread.so.0
#12 0x00007ffff672890d in clone () from /lib64/libc.so.6

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