第 11 章 预写式日志（WAL）
Author
Vadim Mikheev 和 Oliver Elphick
11.1. 总体描述 #
预写式日志（WAL）是一种标准的事务日志方法。它的详细描述可以在大多数（即使不是全部）关于事务处理的书中找到。简言之，WAL 的核心概念是：对数据文件（表和索引所在之处）的更改必须只在这些更改被记录之后写入—— 也就是在日志记录已刷写到永久存储之后。遵循这一过程时，我们不需要在每次事务提交时把数据页刷写到磁盘，因为我们知道一旦发生崩溃，可以用日志恢复数据库：尚未应用到数据页的任何更改将先从日志记录中重做（这是前滚恢复，也称 REDO），然后由未提交事务所做的更改将从数据页中移除（后滚恢复——UNDO）。
11.1.1. WAL 的直接收益 #
使用 WAL 的第一个明显好处是大幅减少磁盘写入次数，因为在事务提交时只需要把日志文件刷写到磁盘；在多用户环境中，许多事务的提交可以通过对日志文件的一次
fsync() 完成。此外，日志文件是顺序写入的，因此同步日志的代价远小于刷写数据页的代价。
下一个好处是数据页的一致性。事实是，在 WAL 之前，PostgreSQL 从不能保证崩溃后的一致性。在 WAL 之前，写入期间的任何崩溃都可能导致：
- 索引元组指向不存在的表行
- 索引元组在分裂操作中丢失
- 由于数据页部分写入，表或索引页内容完全损坏
索引的问题（问题 1 和 2）或许可以通过额外的
fsync() 调用修复，但如果没有
WAL，如何处理最后一种情况并不明显；WAL 在需要时会把整个数据页内容保存在日志中，以确保崩溃后恢复的页面一致性。
11.1.2. 未来的收益 #
在 WAL 的首个版本中，UNDO 操作尚未实现，因为时间不够。这意味着由中止的事务所做的更改仍会占用磁盘空间，而且我们仍需要一个保存事务状态的永久
pg_clog 文件，因为事务标识符不能重用。一旦实现了 UNDO，pg_clog 就不再需要是永久的；可以在关机时删除
pg_clog。（不过，自从对
pg_clog 采用分段存储方法以来，这个问题的紧迫性已大大降低——不再需要永远保留旧的 pg_clog 条目。）
有了 UNDO，还可以实现保存点，允许部分回滚无效的事务操作（命令输错导致的解析错误、插入重复的主键/唯一键等），同时能够继续或提交事务在出错之前所做的有效操作。目前，任何错误都会使整个事务无效并要求中止事务。
WAL 为数据库在线备份和恢复（BAR）的新方法提供了机会。要使用这种方法，需要定期把数据文件保存到另一块磁盘、磁带或另一台主机，并归档 WAL 日志文件。数据库文件副本和归档的日志文件可以像崩溃后恢复那样用于恢复。每次制作新的数据库文件副本后，旧的日志文件就可以删除。实现这一功能需要记录数据文件和索引的创建与删除；还需要开发一种复制数据文件的方法（操作系统的复制命令并不合适）。
实现这些收益的一个障碍是它们需要在相当长的时间内保存 WAL 条目（例如，如果想要事务 UNDO，则需要保存最长可能事务那么久）。目前的 WAL 格式极其庞大，因为它包含许多磁盘页快照。目前这不算严重问题，因为条目只需保存一两个检查点间隔；但要获得这些未来的收益，将需要某种压缩的 WAL 格式。