openGauss源码解析（72）
openGauss源码解析：事务机制源码解析（4）
5.2.2 事务ID分配及CLOG/CSNLOG
为了在数据库内部区别不同的事务，openGauss数据库会为它们分配唯一的标识符，即事务id（transaction id，缩写xid），xid是uint64单调递增的序列。当事务结束后，使用CLOG记录是否提交，使用CSNLOG（commit sequence number log）记录该事务提交的序列，用于可见性判断。
1. 64位xid及其分配
openGauss对每一个写事务均会分配一个唯一标识。当事务插入时，会将事务信息写到元组头部的xmin，代表插入该元组的xid；当事务进行更新和删除时，会将当前事务信息写到元组头部的xmax，代表删除该元组的xid。当前事务id的分配采用的是uint64单调递增序列，为了节省空间以及兼容老的版本，当前设计是将元组头部的xmin/xmax分成两部分存储，元组头部的xmin/xmax均为uint32的数字；页面的头部存储64位的xid_base，为当前页面的xid_base。
元组结构如图5-8所示，页面头结构如图5-9所示，那么对于每一条元组真正的xmin、xmax计算公式即为：元组头中xmin/xmax + 页面xid_base。
图5-8 元组结构
HeapPageHeader
图5-9 页面头结构
当页面不断有更大的xid插入进来时，可能超过“xid_base + 232”，此时需要通过调节xid_base来满足所有元组的xmin/xmax都可以通过该值及元组头部的值计算出来，详细逻辑见“2. CLOG、CSNLOG”内“3） 关键函数：”中的第(3)小节。
为了使xid不消耗过快，openGauss当前只对写事务进行xid的分配，只读事务不会额外分配xid，也就是说并不是任何事务一开始都会分配xid，只有真正使用xid时才会去分配。在分配子事务xid时，如果父事务还未分配xid，则会先给父事务分配xid，再给子事务分配xid，确保子事务的xid比父事务大。理论上64位xid已经足够使用：假设数据库的tps为1000万，即1秒钟处理1000万个事务，64xid可以使用58万年。
2. CLOG、CSNLOG
CLOG以及CSNLOG分别维护事务ID->CommitLog以及事务ID->CommitSeqNoLog的映射关系。由于内存的资源有限，并且系统中可能会有长事务存在，内存中可能无法存放所有的映射关系，此时需要将这些映射写盘成物理文件，所以产生了CLOG（XID->CommitLog Map）、CSNLOG（XID->CommitSeqNoLog Map）文件。CSNLOG以及CLOG均采用了SLRU（simple least recently used，简单最近最少使用）机制来实现文件的读取及刷盘操作。
1） CLOG用于记录事务id的提交状态。openGauss中对于每个事务id使用4个bit位来标识它的状态。CLOG定义代码如下：
#define CLOG_XID_STATUS_IN_PROGRESS 0x00 表示事务未开始或还在运行中（故障场景可能是crash）
#define CLOG_XID_STATUS_COMMITTED 0x01 表示该事务已经提交
#define CLOG_XID_STATUS_ABORTED 0x02 表示该事务已经回滚
#define CLOG_XID_STATUS_SUB_COMMITTED 0x03 表示子事务已经提交而父事务状态未知
CLOG页面的物理组织形式如图5-10所示。
图5-10 CLOG页面的物理组织形式
图5-10标识事务1、4、5还在运行中，事务2已经提交，事务3已经回滚。
2） CSNLOG用于记录事务提交的序列号。openGauss为每个事务id分配8个字节uint64的CSN号，所以一个8kB页面能保存1k个事务的CSN号。CSNLOG达到一定大小后会分块，每个CSNLOG文件块的大小为256kB。同xid号类似，CSN号预留了几个特殊的号。CSNLOG定义代码如下：
#define COMMITSEQNO_INPROGRESS UINT64CONST(0x0) 表示该事务还未提交或回滚
#define COMMITSEQNO_ABORTED UINT64CONST(0x1) 表示该事务已经回滚
#define COMMITSEQNO_FROZEN UINT64CONST(0x2) 表示该事务已提交，且对任何快照可见
#define COMMITSEQNO_FIRST_NORMAL UINT64CONST(0x3) 事务正常的CSN号起始值
#define COMMITSEQNO_COMMIT_INPROGRESS (UINT64CONST(1) << 62) 事务正在提交中
同CLOG相似，CSNLOG的物理结构体如图5-11所示。
5
7
10
6
8
4
第*页
8个字节长度
表示存储对应事务的CSN空间
CSN log物理存储文件内容：
2048
2050
2051
2052
2053
2049
文件所对应的事务id逻辑编号：
第*页
图5-11 CSNLOG的物理结构体
事务id 2048、2049、2050、2051、2052、2053的对应的CSN号依次是5、4、7、10、6、8；也就是说事务提交的次序依次是2049->2048->2052->2050->2053->2051。
3） 关键函数
64位xid页面xid_base的计算函数：
（1） Heap_page_prepare_for_xid函数：在对页面有写入操作时调用，用来调节xid_base。
➀ 新来xid在“xid_base + FirstNormalxid”与“xid_base + MaxShortxid(0xFFFFFFFF)”之间时，当前的xid_base不需要调整。
➁ 新来xid在“xid_base + FirstNormalxid”左侧（xid小于该值）时，需要减小xid_base。
➂ 新来xid在“xid_base + MaxShortxid”右侧（xid大于该值）时，需要增加xid_base。
➃ 特殊情况下，由于页面的xid跨度大于32位能表示的范围时，就需要冻结掉本页面上较小的xid，即将提交的xid设为FrozenTransactionId（2），该值对所有事务均可见；将回滚的xid设为InvalidTransactionId（0），该值对所有的事务均不可见。
（2） Freeze_single_heap_page函数：对该页面上较小的xid进行冻结操作。
➀ 计算oldestxid，比该值小的事务已经无任何事务访问更老的版本，此时可以将提交的xid直接标记为FrozenTransactionId，即对所有事务可见；将回滚的xid标记为InvalidTransactionId，即对所有事务不可见。
➁ 页面整理，清理hot update链，重定向itemid，整理页面空间。
➂ 根据oldestxid处理各个元组。
