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TiDB 垃圾回收 (GC)

TiDB 采用 MVCC 的方式来进行并发控制。当对数据进行更新或者删除时,原有的数据不会被立刻删除,而是会被保留一段时间,并且在这段时间内这些旧数据仍然可以被读取。这使得写入操作和读取操作不必互斥,并使读取历史数据成为可能。

存在超过一定时间并且不再使用的版本会被清理,否则它们将始终占用硬盘空间,并对性能产生负面影响。TiDB 使用一个垃圾回收 (GC) 机制来清理这些旧数据。

工作方式

TiDB 会周期性地进行 GC。每个 TiDB Server 启动后都会在后台运行一个 gc_worker,每个集群中会有其中一个 gc_worker 被选为 leader,leader 负责维护 GC 的状态并向所有的 TiKV Region leader 发送 GC 命令。

配置与监测方法

GC 相关的配置和运行状态记录在 mysql.tidb 这张系统表中,可以通过 SQL 语句进行检测和配置:

mysql> select VARIABLE_NAME, VARIABLE_VALUE from mysql.tidb;
+-----------------------+------------------------------------------------------------------------------------------------+
| VARIABLE_NAME         | VARIABLE_VALUE                                                                                 |
+-----------------------+------------------------------------------------------------------------------------------------+
| bootstrapped          | True                                                                                           |
| tidb_server_version   | 18                                                                                             |
| tikv_gc_leader_uuid   | 58accebfa7c0004                                                                                |
| tikv_gc_leader_desc   | host:ip-172-16-30-5, pid:95472, start at 2018-04-11 13:43:30.73076656 +0800 CST m=+0.068873865 |
| tikv_gc_leader_lease  | 20180418-11:02:30 +0800 CST                                                                    |
| tikv_gc_run_interval  | 10m0s                                                                                          |
| tikv_gc_life_time     | 10m0s                                                                                          |
| tikv_gc_last_run_time | 20180418-10:59:30 +0800 CST                                                                    |
| tikv_gc_safe_point    | 20180418-10:58:30 +0800 CST                                                                    |
| tikv_gc_concurrency   | 1                                                                                              |
+-----------------------+------------------------------------------------------------------------------------------------+
10 rows in set (0.02 sec)

其中,tikv_gc_run_intervaltikv_gc_life_timetikv_gc_concurrency 这三条记录可以手动配置。其余带有 tikv_gc 前缀的记录为当前运行状态的记录, TiDB 会自动更新这些记录,请勿手动修改。

tikv_gc_run_interval 是 GC 运行时间间隔。tikv_gc_life_time 是历史版本的保留时间,每次进行 GC 时,会清理超过该时间的历史数据。这两项配置不应低于 10 分钟,默认值均为 10 分钟。可以直接用 SQL 修改其数值来进行配置。比如,如果想保留一天以内的历史数据,就可以执行:

update mysql.tidb set VARIABLE_VALUE = '24h' where VARIABLE_NAME = 'tikv_gc_life_time';

时长字符串的形式是数字后接时间单位的序列,如 24h2h30m2.5h。可以使用的时间单位包括 "h"、"m"、"s"。

注意:

在数据更新频繁的场景下如果将 tikv_gc_life_time 设置得比较大(如数天甚至数月),可能会有一些潜在的问题:

  • 随着版本的不断增多,数据占用的磁盘空间会随之增加。
  • 大量的历史版本会在一定程度上导致查询变慢,主要影响范围查询(如 select count(*) from t)。
  • 如果在运行中突然将 tikv_gc_life_time 配置调小,可能会导致短时间内大量历史数据被删除,造成 I/O 负担。

tikv_gc_concurrency 是运行 GC 的并发数。默认该选项为 1,即单线程运行,逐个向每个涉及的 Region 发起请求并等待响应。可以增加该数值以改善性能,最大不能超过 128。

tikv_gc_leader_uuidtikv_gc_leader_desctikv_gc_leader_lease 是当前的 GC leader 的信息。tikv_gc_last_run_time 是上一次执行 GC 的时间。

tikv_gc_safe_point 的含义是,在该时间点以前的版本已经被 GC 清理,并保证该时间点以后的读取可以正确进行。

实现细节

GC 的实施过程实际上比较复杂。我们要在保证一致性不被破坏的前提下,清除不再使用的数据。具体来说,每次执行 GC,要顺序执行三个步骤:

1. Resolve Locks

TiDB 的事务是基于 Google Percolator 模型实现的,事务的提交是一个两阶段提交的过程。第一阶段完成时,所有涉及的 key 会加上一个锁,其中一个锁会被设定为 Primary,其余的锁(Secondary)则会指向 Primary;第二阶段会将 Primary 锁所在的 key 加上一个 Write 记录,并去除锁。这里的 Write 记录就是历史上对该 key 进行写入或删除,或者该 key 上发生事务回滚的记录。Primary 锁被替换为何种 Write 记录标志着该事务提交成功与否。接下来,所有 Secondary 锁也会被依次替换。如果替换这些 Secondary 锁的线程死掉了,锁就残留了下来。在 GC 过程中如果遇到了时间戳在 safe point 之前的这样的锁,就会根据该事务提交与否,将该锁也替换成 Write 记录。

这一步是必须的,因为如果其 Primary 的 Write 记录被 GC 清除掉了,就再也无法知道该事务是否成功,也就难以保证一致性。

2. Delete Ranges

DeleteRanges 通常在 drop table 这样的操作之后需要进行,用于删除可能很大的一个区间。如果 TiKV 的 use_delete_range 选项没有打开,那么 TiKV 会把范围中的 key 逐个删除。

3. Do GC

这一步把每一个 key 的 safe point 之前的数据和 Write 记录清除掉。有一个特例是,如果在 safe point 之前的所有 Put 类型和 Delete 类型的 Write 记录中,最后一个记录是 Put(即写入),那么该记录(及其对应的数据)不能被直接删除。否则,时间戳在 safe point 之后、该 key 的下一个版本之前的读取操作将无法读取到该数据。