MongoDB oplog删除策略优化

MongoDB oplog是一个capped collection,创建capped collection时,createCollection可以设置size(最大字节数)和max(最大文档数)的参数,当这个集合的『总大小超过size』或者『总文档数超过max』时,在新插入文档时就会自动删除一些集合内最先插入的文档,相当于一片环形的存储空间。

oplog(local.oplog.rs集合)默认情况下配置为可用磁盘空间的5%,当oplog写满时,就会开始删除最先写入的oplog,一次正常的insert操作包含如下步骤:

  1. 将文档写入指定的集合
  2. 将写入操作记录到oplog
  3. 如果oplog满了,删除最先写入的oplog

优化策略

MongoDB 3.2为了提升写入性能,使用wiredtiger引擎时,针对local.oplog.rs这个集合的删除策略进行了优化,主要改进:

  1. 将删除动作从用户的写入路径移除,放到后台线程执行
  2. 批量删除,并不是oplog一满就立马触发删除,而是一次删除一批

实施方案

monogd启动时,会根据oplog的最大字节数将整个集合分为10-100个Stone(可以理解为oplog的一段数据,包含多个文档,Stone的具体个数oplogSizeMB的配置相关)。

WiredTigerRecordStore::OplogStones::OplogStones(OperationContext* txn, WiredTigerRecordStore* rs)
    : _rs(rs) {
    //...
    unsigned long long maxSize = rs->cappedMaxSize();

    const unsigned long long kMinStonesToKeep = 10ULL;
    const unsigned long long kMaxStonesToKeep = 100ULL;

    unsigned long long numStones = maxSize / BSONObjMaxInternalSize;
    _numStonesToKeep = std::min(kMaxStonesToKeep, std::max(kMinStonesToKeep, numStones));
    _minBytesPerStone = maxSize / _numStonesToKeep;
    // ...
}

其中_numStonesToKeep为oplog应该保持的Stone个数,而_minBytesPerStone代表每个Stone的最小字节数。

接下来,会根据oplog当前的大小以及_minBytesPerStone来估算下,当前的oplog大致包含的Stone数量,并通过采样的方式来获取每个Stone的起始位置(不能保证每个Stone的大小跟预期完全一样),然后将所有的Stone按顺序存储到一个队列中。

mongod在服务写请求的过程中,每次都会记录下新产生oplog的大小,当新产生的oplog的总量超过_minBytesPerStones时,就会产生一个新的Stone加入到队列中。

void WiredTigerRecordStore::OplogStones::createNewStoneIfNeeded(RecordId lastRecord) {

    if (_currentBytes.load() < _minBytesPerStone) {
        // Must have raced to create a new stone, someone else already triggered it.
        return;
    }

    // ...

    OplogStones::Stone stone = {_currentRecords.swap(0), _currentBytes.swap(0), lastRecord};
    _stones.push_back(stone);

    _pokeReclaimThreadIfNeeded(); // 唤醒后台回收oplog空间的线程
}

当队列中的Stone数量超过_numStonesToKeep,后台线程就会删除最老的Stone里的数据,来回收oplog的存储空间。

参考资料

作者简介

张友东,阿里巴巴技术专家,主要关注分布式存储、Nosql数据库等技术领域,先后参与TFS(淘宝分布式文件系统)Redis云数据库等项目,目前主要从事MongoDB云数据库的研发工作,致力于让开发者用上最好的MongoDB云服务。

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