【数据库】数据库中的检查点Checkpoint，数据落盘的重要时刻

检查点(checkpoint)

专栏内容：

手写数据库toadb
本专栏主要介绍如何从零开发，开发的步骤，以及开发过程中的涉及的原理，遇到的问题等，让大家能跟上并且可以一起开发，让每个需要的人成为参与者。
本专栏会定期更新，对应的代码也会定期更新，每个阶段的代码会打上tag，方便阶段学习。

开源贡献：

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文章目录

检查点(checkpoint)
前言
概述
问题
解决方法
静态检查点
非静态检查点
总结
结尾

前言

随着信息技术的飞速发展，数据已经渗透到各个领域，成为现代社会最重要的资产之一。在这个大数据时代，数据库理论在数据管理、存储和处理中发挥着至关重要的作用。然而，很多读者可能对数据库理论感到困惑，不知道如何选择合适的数据库，如何设计有效的数据库结构，以及如何处理和管理大量的数据。因此，本专栏旨在为读者提供一套全面、深入的数据库理论指南，帮助他们更好地理解和应用数据库技术。

数据库理论是研究如何有效地管理、存储和检索数据的学科。在现代信息化社会中，数据量呈指数级增长，如何高效地处理和管理这些数据成为一个重要的问题。同时，随着云计算、物联网、大数据等新兴技术的不断发展，数据库理论的重要性日益凸显。

因此，本专栏的分享希望可以提高大家对数据库理论的认识和理解，对于感兴趣的朋友带来帮助。

概述

本文将通过一个问题，来分享什么是检查点，检查点可以带来那些好处。

问题

在本专栏的前一篇数据日志中，介绍了当系统故障时，缓冲区的脏数据就会丢失，可以通过redo、undo日志进行恢复，使数据达到一致性和完整性。

那么问题就来了：
redo和undo日志从数据库创建时，就开始记录这些日志，数据库一般都会运行很长时间，甚至数年，如果这么多日志，有可能都比数据本身还要大，在更新频繁的数据库上，日志很容易撑爆磁盘，那么如何解决这一问题呢？

解决方法

很长时间以前的日志，有些事务已经提交，而且数据已经都落盘了，其实这些日志已经没有用了，即使发生系统故障，这些日志对应的数据也不需要再恢复了，因为它们对应的数据已经持久化了。

所以我们需要找到一个时间点，在这个时间点前发生的脏页和所有日志都需要落盘，在这个时间点之后的可以不强制落盘，那么在这时间点以前的日志就可以清理掉了。

这个时间点就叫做检查点，也就是增加了一个分隔点，减少日志保存的周期和恢复的范围。

这个检查点如何来做呢？有下面两种方式。

静态检查点

在做检查点的时候，需要保证当前的日志和脏页都要落盘，为了保证检查点落盘的过程中，不会再产生脏页和日志，需要在执行检查点动作时，数据库不能提供服务，做完检查点之后继续提供服务。

这样检查点时，对当前所有脏页和日志落盘即可，比较简单。

但是检查点在数据库业务繁忙时，也是一个相当频繁的动作，总不能频繁的中断业务吧，这还能不能行？

非静态检查点

哎，经过发展，现代数据库可以在业务运行时做检查点了，它的流程是这样的：

开始检查点
记录当前数据库的快照
开始将比快照旧的脏页和日志落盘
检查点结束

这里多了一步快照的记录，然后落盘时增加了与快照的比较，这样就保证了检查点前的都已经落盘。
当然原理这样，不同数据库的实现各不相同，比如postgresql，通过日志的lsn来记录快照，比此lsn旧的都需要落盘；

总结

检查点机制强制脏页定期落盘，缩小了日志保存的周期，同时也减少了恢复的周期。当然这个周期，需要根据业务产生日志的速率来配置，在性能和磁盘空间之间均衡，避够刷盘太快。

有菜也有肉的分享，下面插一段hello world的代码；
以下是一个简单的启动程序示例，可以在加电后从指定的加载地址开始执行，并输出 “Hello”：

ORG 0x7c00    ;指定加载地址为0x7c00

start:
    mov ax, cs   ;将cs寄存器的值加载到ax寄存器中
    mov ds, ax   ;将ds寄存器的值设置为cs寄存器的值

    mov si, msg  ;将消息的地址存储在si寄存器中
    call print   ;调用print函数打印消息

    jmp end     ;跳转到程序结束处

print:
    lodsb         ;将si指向的字符串中的下一个字符加载到al寄存器中
    or al, al   ;判断al寄存器中的值是否为0
    jz end      ;如果是0，跳转到程序结束处
    mov ah, 0x0e ;将0x0e存储在ah寄存器中，表示在屏幕上打印字符
    int 0x10     ;调用BIOS中断，将字符打印到屏幕上
    jmp print   ;继续打印下一个字符

end:
    jmp $         ;无限循环，程序结束处

msg db 'Hello', 0 ;消息以0结尾

该程序使用汇编语言编写，可以在Bochs、QEMU等模拟器上运行。程序加载后，将从地址0x7c00开始执行，输出 “Hello” 字符串，并进入无限循环。