概述

事务日志是数据库的重要组成部分，存储了数据库系统中所有更改和操作的历史，以确保数据库不会因为故障(例如掉电或其他导致服务器崩溃的故障)而丢失数据。在PostgreSQL中，事务日志文件称为Write Ahead Log（以下简称WAL），相当于oracle中的redo日志。

一、wal日志简介

WAL日志活跃在Postgres的各个功能模块，绝大多数的数据库行为都会被记录在WAL日志中。因为这一特性，WAL日志在数据库恢复、高可用、流复制、逻辑复制等Postgres模块中扮演着极其重要的角色。如下一张图片描述了WAL日志从产生到使用过程中涉及的各种各样的wal相关的配置参数(基于PG12)。

当数据库中数据发生变更时：

1）change发生时：先要将变更后内容计入wal buffer中，在将变更后的数据写入data buffer；

2）commit发生时：wal buffer中数据刷新到磁盘；

3）checkpoint发生时：将所有data buffer刷新到磁盘

二、wal日志重要概念

WAL日志存放在$PGDATA/pg_xlog中，10版本以后在$PGDATA/pg_wal目录.

1、REDO log

Redo log通常称为重做日志，在写入数据文件前，每个变更都会先行写入到Redo log中。其用途和意义在于存储数据库的所有修改历史，用于数据库故障恢复（Recovery）、增量备份（Incremental Backup）、PITR(Point In Time Recovery)和复制（Replication）。

2、WAL segment file

为了便于管理，PG把事务日志文件划分为N个segment，每个segment称为WAL segment file，每个WAL segment file大小默认为16MB。

3、XLOG Record

这是一个逻辑概念，可以理解为PG中的每一个变更都对应一条XLOG Record，这些XLOG Record存储在WAL segment file中。PG读取这些XLOG Record进行故障恢复/PITR等操作。

4、WAL buffer

WA缓冲区，不管是WAL segment file的header还是XLOG Record都会先行写入到WAL缓冲区中，在"合适的时候"再通过WAL writer写入到WAL segment file中。

5、LSN

LSN即日志序列号Log Sequence Number。表示XLOG record记录写入到事务日志中位置。LSN的值为无符号64位整型（uint64）。在事务日志中，LSN单调递增且唯一。

6、checkpointer

checkpointer是PG中的一个后台进程，该进程周期性地执行checkpoint。当执行checkpoint时，该进程会把包含checkpoint信息的XLOG Record写入到当前的WAL segment file中，该XLOG Record记录包含了最新Redo pint的位置。

7、checkpoint

检查点checkpoint由checkpointer进程执行，主要的处理流程如下：

1. 获取Redo point，构造包含此Redo point检查点（详细请参考Checkpoint结构体）信息的XLOG Record并写入到WAL segment file中；
2. 刷新Dirty Page到磁盘上；
3. 更新Redo point等信息到 pg_control 文件中。

8、REDO point

REDO point是PG启动恢复的起始点，是最后一次checkpoint启动时事务日志文件的末尾亦即写入Checkpoint XLOG Record时的位置（这里的位置可以理解为事务日志文件中偏移量）。

9、 pg_control

pg_control 是磁盘上的物理文件，保存检查点的基本信息，在数据库恢复中使用，可通过命令 pg_controldata 查看该文件中的内容。

三、wal日志触发归档

1、手动切换WAL日志

在日志切换这块pg的wal日志和Oracle的redo有些不一样，oracle中redo是固定几个redo日志文件，然后轮着切换去写入，因此在io高的数据库中可以看到redo切换相关的等待事件。而在pg中wal日志是动态切换，从pg9.6开始采用这种模式。和oracle不同的是，pg中这种动态wal切换步骤是这样的：单个wal日志写满(默认大小16MB，编译数据库时指定)继续写下一个wal日志，直到磁盘剩余空间不足min_wal_size时才会将旧的 WAL文件回收以便继续使用。

那么，PG怎么去手动切换WAL日志呢？

--Oracle切换redo log
alter system switch logfile;
--PG10之前切换WAL log
select pg_switch_xlog();
--PG10之后切换WAL log
select pg_switch_wal();

2、wal日志写满后会自动归档

wal日志文件默认为 16MB，这个值可以在编译 PostgreSQL 时通过参数 "--with-wal-segsize" 更改，编译则后不能修改。

3、参数archive_timeout

在postgresql.conf 文件中的参数archive_timeout，

如果设置archive_timeout=60s，意思是，wal日志60s切换一次，同时会触发日志归档。

注：尽量不要把archive_timeout设置的很小，如果设置的很小，会很消耗归档存储，因为强制归档的日志，即使没有写满，也会是默认的16M（假设wal日志写满的大小为16M）

四、清理pg_wal日志

关于pg wal日志清理，在没有开启归档的情况下：

不超过以下两个公式计算得出的个数：

(2 + checkpoint_completion_target) * checkpoint_segments + 1 或者checkpoint_segments + wal_keep_segments + 1

9.5以后，如果超过了max_wal_size，那么就会删除不需要的wal。

如果开启了归档，那么归档成功了，才会被清除，所以这里注意一下，如果你开启了归档，但是归档命令是失效的，那么wal目录会一直增长，不会自动删除WAL，会使得此目录被撑爆。

1、什么情况下系统自动清理wal

1）做检查点的时候

2）数据库启动的时候，或者修改了相关参数后重启数据库。

2、手动清理wal日志

可以通过缩小以上涉及到的函数减少wal segment的数量，也可以手动删除，如下：

pg_controldata
Latest checkpoint location: 16/79FF5520
Latest checkpoint’s REDO location: 16/79FF54E8
Latest checkpoint’s REDO WAL file: 00000001000000160000001E

这里表示16/79FF54E8检查点已经执行，已经包含在00000001000000160000001E日志文件中，那么这个日志之前的日志是可以清理的。可以使用系统命令rm清理或者pg_archivecleanup清理

--保留000000010000001600000027之后的日志
pg_archivecleanup /data/pg_root/pg_wal/  000000010000001600000027

注意：pg_wal日志没有设置保留周期的参数，即没有类似mysql的参数expire_logs_days，pg_wal日志永久保留，除非shell脚步删除几天前或pg-rman备份时候设置保留策略。

五、常用命令

1、查看数据库文件目录

 show data_directory;

2、输出数据库日志目录的所有文件

pg_ls_logdir() 也是pg10.0版本引入的函数，主要是输出数据库日志目录的所有文件

--查看日志目录所有文件
select * from pg_ls_logdir();
--查看/data目录下的文件
select pg_ls_dir('/data');

3、输出数据库WAL目录的所有文件

pg_ls_waldir()是pg 10.0引入的函数，可以输出数据库WAL目录的所有文件。

--输出文件总大小，单位是byte
select sum(size) from pg_ls_waldir();  
--查看WAL文件数量，单个wal日志文件大小默认为16MB。
select count(*) from pg_ls_waldir();

4、查看是否归档

 show archive_mode;

5、查看运行日志的相关配置，运行日志包括Error信息，定位慢查询SQL，数据库的启动关闭信息，checkpoint过于频繁等的告警信息。

show logging_collector;--启动日志收集
show log_directory;--日志输出路径
show log_filename;--日志文件名
show log_truncate_on_rotation;--当生成新的文件时如果文件名已存在，是否覆盖同名旧文件名
show log_statement;--设置日志记录内容
show log_min_duration_statement;--运行XX毫秒的语句会被记录到日志中，-1表示禁用这个功能，0表示记录所有语句，类似mysql的慢查询配置

6、查询当前lsn

--1、用到哪些方法
select proname from pg_proc where proname like 'pg_%_lsn';
proname
---------------------------------
 pg_current_wal_flush_lsn
 pg_current_wal_insert_lsn
 pg_current_wal_lsn
 pg_last_wal_receive_lsn
 pg_last_wal_replay_lsn

--2、查询当前的lsn值
select pg_current_wal_lsn();


--3、查询当前lsn对应的日志文件
select pg_walfile_name('2/81872298');

--4、查询当前lsn在日志文件中的偏移量
SELECT * FROM pg_walfile_name_offset(pg_current_wal_lsn());

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