业务背景
MySQL 主备通过 binlog 实现数据同步的功能，主库将生成的 binlog 通过 binlog send 线程发送到备库，备库通过应用这些 binlog 来更新数据，实现主备数据一致，其应用 binlog 的读取操作与更新操作的堆栈分别如下。
读取操作：
#0 row_search_for_mysql
#1 0x0000000000c200c2 in ha_innobase::index_read
#2 0x0000000000c21c57 in ha_innobase::rnd_pos
#3 0x000000000090c5d3 in handler::rnd_pos_by_record
#4 0x0000000000a574c3 in Rows_log_event::find_row
#5 0x0000000000a589da in Delete_rows_log_event::do_exec_row
#6 0x0000000000a50dcc in Rows_log_event::do_apply_event
#7 0x00000000005d0bb8 in Log_event::apply_event
#8 0x00000000005b9782 in apply_event_and_update_pos
...
更新操作：
#0 row_update_for_mysql
#1 0x0000000000c1f466 in ha_innobase::delete_row
#2 0x000000000090b64a in handler::ha_delete_row
#3 0x0000000000a58a4b in Delete_rows_log_event::do_exec_row
#4 0x0000000000a50dcc in Rows_log_event::do_apply_event
#5 0x00000000005d0bb8 in Log_event::apply_event
#6 0x00000000005b9782 in apply_event_and_update_pos
...
- 由堆栈可以看出，sql 线程首先将数据从磁盘加载到内存，然后调用引擎层的接口执行相应的操作，当iops 及 buffer pool 较小时，读磁盘需要较多的时间，容易造成主备延迟问题；
- 当系统重启后，需要对系统进行预热，提高 buffer pool 的命中率，因此需要提供有效的方法来对系统进行预热；
综上，我们需要一种可以在 DML 操作之前将数据从磁盘加载到内存的功能，以实现数据库的快速操作。
解决方法
我们需要找到一种将数据加载到内存的方法，但又不对数据进行修改，需要满足以下的条件：
- 在库上更新的数据应该在备库操作之前被加载到内存中；
- 对于重启的mysqld实例，应该将启动之前所用的数据页加载到内存中；
- 加载操作对数据本身不进行修改，类似于select 语句。
因此，我们可以在mysqld启动时启动额外的线程对 relay log 进行特殊处理，以达到数据加载的目的。
设计思路 & 使用方法
RDS MySQL 利用 relay log 来解决上述两个问题，当系统启动后，可以在后台开启一个独立于SQL thread之外的线程将 relay log 相关的数据从磁盘加载到内存中，从而使备库在查找数据的时候直接利用buffer pool，而不需要从磁盘中进行加载，同理，使用这种方法也可以解决系统预热的问题。
当启动后，如果发现延迟且 buffer pool 命中率较低时，可以启用 relay fetch thread, 具体语法为：
启动 relay_fetch_thread: start slave relay_fetch_thread;
停止 relay_fetch_thread: stop slave relay_fetch_thread;
relay fetch thread 读取relay log, 并将要执行的数据从磁盘上加载到内存中，所以只能对包含数据部分的 log_event 进行操作，对 Query_log_event，Write_rows_log_event 是无法进行预读的，前者是因为Query_log_event 只是SQL语句，不包含具体的数据信息；后者则是event中没有的数据，所以不需要进行加载，另外为了防止 buffer pool 中读取的 page 被 evict 出去，我们需要对两种情况进行分别处理：
- relay fetch thread 不能领先 sql thread 过多，如果领先过多的 relay log files，当 buffer pool 较小时，新加载进来的数据页会将老的数据页从内存中 evict 出去，对 sql thread 的命中率会有直接的影响；
- 当 sql thread 领先 relay fetch thread 时，此时 relay fetch thread 不需要将已执行完的 relay log 加载到内存，继续加载不仅会有命中率的问题，同时会造成 CPU 不必要的资源浪费。
因此，relay fetch thread 与 sql thread 应该相差的距离不太远，我们的策略是 relay fetch thread 与 sql thread 应该在同一个 relay log 上，具体策略如下：
- 如果 relay fetch thread 领先, 则当 relay fetch thread 读完一个文件后要等待 sql thread，直到 sql thread 应用完此relay log 再继续加载；
- 如果 sql thread 领先，则会通知 relay fetch thread 跳过当前执行的文件并用 sql thread 的位点来初始化自己将要执行的起点；
relay fetch thread 执行过程的伪码如下：
handle_slave_relay_fetch
{
init_thd_and_rli();
while (!relay_fetch_killed(eli))
{
ev= Log_event::read_log_event(&rli->relay_log_buf, 0, rli->relay_log.description_event_for_relay_fetch);
if (ev == NULL)
{
deal with situations like hot_log, relay log purged, eof of relay log etc.
}
else
{
switch(ev->get_type_code())
{
case QUERY_EVENT:
deal with begin, commit
break;
case XID_EVENT:
deal with xid(commit)
break;
case TABLE_MAP_EVENT:
init table info for rows log event
break;
case UPDATE_ROWS_EVENT:
case DELETE_ROWS_EVENT:
find_row();
break;
case FORMAT_DESCRIPTION_EVENT:
init description_event_for_relay_fetch for reading binlog event;
default:
break;
}
delete ev;
}
}
}
实现过程中注意的细节
- 由于 relay fetch thread 在加载数据的过程中会对记录进行加锁，所以在遇到begin, commit 的事件时，需要释放在读取过程中获取的所有锁资源，否则有可能会引起 sql 线程锁超时错误；
- 由于 relay fetch thread 的位点是使用 sql thread 的位点进行初始化的，所以需要处理 relay log 不是完整事务的情况；
- 释放 relay fetch thread 在执行过程中使用到的内存，否则会有内存问题；
- 在 relay fetch thread 执行的过程中需要特别注意 log_lock、run_lock 等锁问题，以避免备库的死锁；
- 需要对 relay log 的purge进行特殊处理；
- 如果是系统预热的功能，则需要对 relay fetch thread 与 sql thread 的领先策略进行调整。
