从零动手写数据库系统:数据库系统的日志模块实现

任何一个应用只要冠以”系统“二字，那么它一定离不开一个模块，那就是”日志“。既然我们要开发一个数据库系统，那么它必然要有自己的日志模块。日志通常用于记录系统的运行状态，有点类似于快照，一旦系统出现异常，那么管理员或者它的代码本身可以通过扫描分析日志来确定问题所在，或者通过日志执行错误恢复，这点对数据库系统更加重要。

数据库系统经常要往文件中读写大量数据，在这个过程中很容易出现各种各样的问题，例如在执行一个交易时，网络突然断开，机器突然断电，于是交易执行到一半就会突然中断，当系统重新启动时，整个数据库就会处于一种错误状态，也就是有一部数据写入，但还有一部分数据丢失，这种情况对数据库系统而言非常致命，倘若不能保证数据的一致性，那么这种数据系统就不会有人敢使用。那如何保证数据一致性呢，这就得靠日志来保证，数据库在读写数据前，会先写入日志，记录相应的操作，例如当前操作是读还是写，然后记录要读写的数据。假设我们现在有个业务，要把一百行数据写入两个表，前50行写入表1，后50行写入表2，于是日志就会记录”表1写入0到50行“；”表2写入51到100行“，这类信息。假设在数据写入前50行后突然断电，机器重启，数据库系统重新启动后，它自动扫描日志发现”表2写入51到100行“这个操作没有执行，于是再次执行这个操作，这样数据的一致性就能得以保证。

本节我们在上一节实现文件系统的基础上，看看如何实现日志模块。对于日志模块而言，日志就是一组字节数组，它只负责把数组内容写入内存或是磁盘文件，数据到底有什么内容，格式如何解析它一概不管。同时在日志写入时采用”压栈“模式，假设我们有3条日志，其长度分别为50字节，100字节，100字节，现在我们有400字节的缓存可以写入，那么写入日志时我们将从缓存的末尾开始写，例如存入第一条日志时，我们从缓存第350字节开始写入，于是350字节到400字节就对应第一条日志，然后我们把当前可写入的地址放置到缓存的开头8字节，例如第一条日志写入后，下次可写入的地址是350，于是我们在缓存开头8字节存入数据350，当要写入第二条日志时，我们读取缓存前8字节，拿到数值350，由于第二条缓存长度100字节，于是我们将其写入缓存的地址为350-100=250，于是写入后缓存的250到350部分的内容就对应第二条日志，然后我们将250写入缓存开头8字节；当写入第三条日志时，系统读取开头8字节得到数值250，于是第三条日志的写入地址就是250-100=150，于是系统将第三条日志写入缓存偏移150字节处，于是从150字节到250字节这部分的数据就对应第3条日志，同时把150存入开头8字节，以此类推。

废话不多说，我们看看具体代码实现，首先创建文件夹log_manager，加入log_manager.go，输入以下代码：

package log_manager

import (
    fm "file_manager"
    "sync"
)

const (
    UINT64_LEN = 8
)

type LogM