MysqlInnodb體系結(jié)構(gòu)-創(chuàng)新互聯(lián)

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Innodb體系結(jié)構(gòu)

  • Innodb存儲(chǔ)引擎主要包括內(nèi)存池以及后臺(tái)線程。

  • 內(nèi)存池：多個(gè)內(nèi)存塊組成一個(gè)內(nèi)存池，主要維護(hù)進(jìn)程/線程的內(nèi)部數(shù)據(jù)、緩存磁盤數(shù)據(jù)，修改文件前先修改內(nèi)存、redo log

  • 后臺(tái)線程：刷新內(nèi)存池中的額

內(nèi)存

緩沖池

  • Innodb的數(shù)據(jù)以頁的形式存儲(chǔ)在磁盤，因此采用內(nèi)存作為緩存頁數(shù)據(jù)。

  • 讀頁數(shù)據(jù)時(shí)，先將磁盤上的頁數(shù)據(jù)“FIX”到緩沖池，下次讀即可直接從緩沖池中讀。

  • 修改數(shù)據(jù)時(shí)，先修改緩沖池中的頁數(shù)據(jù)，然后刷新到磁盤，并不是每次都刷新而是通過Checkpoint機(jī)制刷新到磁盤。

  • 數(shù)據(jù)頁類型：索引頁、數(shù)據(jù)頁、undo頁、插入緩沖(insert buffer)、自適應(yīng)哈希索引、鎖信息、數(shù)據(jù)字典信息等

  • 緩存池通過LRU算法管理。

LRU、Free List、Flush List

  • 普通LRU：最頻繁的處于列表前端，最少使用處于尾端，先釋放列表尾端的頁。

  • Innodb LRU：在LRU隊(duì)列中加入midpoint位置，默認(rèn)值5/8，表示新讀取的頁加入到列表的5/8位置。midpoint之后列表成為old表，之前稱為new表。即列表尾端到表尾37%為old表，其余為new表。new表存放活躍數(shù)據(jù)。

  • Free List：數(shù)據(jù)庫啟動(dòng)時(shí)LRU表為空，頁均存放在Free List中。需要使用時(shí)從該表中獲取。

  • Flush List管理緩存中被修改過的頁。

  • unzip_LRU，壓縮頁大小為1、2、4、8KB，其還是屬于LRU管理。unzip_LRU對(duì)不同大小頁分開管理，采用伙伴算法分配內(nèi)存。

redo log buffer

redo log先都寫入該buffer，而后按一定頻率刷新到磁盤（1s/次），默認(rèn)8M。其刷到磁盤主要一下幾個(gè)情況：

  1. Master Thread每秒執(zhí)行一次。

  2. 事物提交時(shí)。

  3. redo log buffer剩余空間小于1/2。

額外的內(nèi)存池

對(duì)一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身的內(nèi)存分配是從額外內(nèi)存池分配。

線程

Master Thread

負(fù)責(zé)將緩存池中的數(shù)據(jù)異步刷新到磁盤，包括臟頁。合并插入緩存（INSERT BUFFER）、UNDO頁的回收等。

IO Thread

Innodb中大量使用AIO處理寫請(qǐng)求，IO Thread則主要處理這些請(qǐng)求的回調(diào)，包括write、read、insert buffer和log IO Thread。

Purge Thread

主要用來回收undo log，Innodb1.1之前由Master Thread負(fù)責(zé)。

Page Cleaner Thread

清理已提交事物的UNDO log。

Checkpoint

事務(wù)型數(shù)據(jù)庫一般采用Write Ahead Log策略，當(dāng)事物提交時(shí)先寫redo log而后修改內(nèi)存中的頁。當(dāng)數(shù)據(jù)庫宕機(jī)對(duì)于還未寫入磁盤的修改數(shù)據(jù)可以通過redo log恢復(fù)。Checkpoint作用在于保證該點(diǎn)之前的所有修改的頁均已刷新到磁盤，這之前的redo log在恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)可以不需要了。

Sharp Checkpoint

發(fā)生在數(shù)據(jù)庫關(guān)閉時(shí)，將所有臟頁寫入磁盤，數(shù)據(jù)庫運(yùn)行時(shí)一般不使用。

Fuzzy Checkpoint

只刷新部分部分臟頁。

  1. Master Thread Checkpoint：Master Thread異步已一定頻率刷新一定比例臟頁。

  2. Flush_LRU_LIST Checkpoint：為了保證LRU中有一定數(shù)量的空閑頁，Page Clear Thread將對(duì)LRU中尾端頁進(jìn)行移除，如果存在臟頁則做刷新。

  3. Async/Sync Flush Checkpoint：為了保證redo log循環(huán)使用（覆蓋），對(duì)于需要將redo文件中不可用的臟頁進(jìn)行刷新到磁盤。

  4. Dirty Page too much Checkpoint：臟頁數(shù)量太多。

Master Thread工作方式

Innodb 1.2.x之前

主要包括主loop、background loop、flush loop和suspend loop。其中的參數(shù)可以配置。

1

2

3

4

5

6

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while(true){

//差不多1s一次

for(int iin 0..9){

刷新日志緩存到磁盤

//1s內(nèi)的統(tǒng)計(jì)值

if IO < 5

合并插入緩存

if 臟頁比例 > 預(yù)定值

刷新部分臟頁（不超過100）

if  沒有用戶活動(dòng)

進(jìn)入background loop{

刪除無用undo頁

合并20個(gè)插入緩沖

可能跳到flush loop{

可能跳到suspend loop

}

跳回主loop

}

sleep 1s;

}

//差不多10s一次

if IO < 200//10s內(nèi)

刷新100個(gè)臟頁到磁盤

合并最多5個(gè)插入緩沖

刷新日志緩沖

刪除無用undo

刷新100或10個(gè)臟頁

}

Innodb 1.2.x

Master Thread中的臟頁刷新功能完全由Page Cleaner Thread執(zhí)行。

+ View Code

nnodb關(guān)鍵特性

插入緩沖

  • 當(dāng)插入數(shù)據(jù)需要更新非聚集索引時(shí)，如果每次都更新則需要進(jìn)行多次隨機(jī)IO，因此將這些值寫入緩沖對(duì)相同頁的進(jìn)行合并提高IO性能。

  • 插入非聚集索引時(shí)，先判斷該索引頁是否在緩沖池中，在則直接插入。否則寫入到Insert Buffer對(duì)象。

  • 條件：二級(jí)索引，索引不能是unique(因?yàn)槿绻莡nique則必須保證唯一性，此時(shí)得檢查所有索引頁，還是隨機(jī)IO了)

  • Change Buffer：包括Insert Buffer、Delete Buffer、Purge Buffer，update操作包括將記錄標(biāo)記為已刪除和真正將記錄刪除兩個(gè)過程，對(duì)應(yīng)后兩個(gè)Buffer。

  • Insert Buffer內(nèi)部是一顆B+樹

  • Merge Insert Buffer三種情況：

  1. 對(duì)應(yīng)的索引頁被讀入緩沖池。

  2. 對(duì)應(yīng)的索引頁的可用空間小于1/32，則強(qiáng)制進(jìn)行合并。

  3. Master Thread中的合并插入緩沖。

兩次寫

在對(duì)臟頁刷新到磁盤時(shí)，如果某一頁還沒寫完就宕機(jī)，此時(shí)該頁數(shù)據(jù)已經(jīng)混亂無法通過redo實(shí)現(xiàn)恢復(fù)。innodb提供了doublewrite機(jī)制，其刷新臟頁步驟如下：

1

2

3

1. 先將臟頁數(shù)據(jù)復(fù)制到doublewrite buffer中（2MB內(nèi)存）

2. 將doublewrite buffer分兩次，每次1MB寫入到doublewrite磁盤（2MB）中。

3. 馬上同步臟頁數(shù)據(jù)到磁盤。對(duì)于數(shù)據(jù)混亂的頁則可以從doublewrite中讀取到，該頁寫到共享表空間。

自適應(yīng)哈希索引

InnoDB存儲(chǔ)引擎會(huì)監(jiān)控對(duì)表上索引的查找，如果觀察到建立哈希索引可以帶來速度的提升，則建立哈希索引，所以稱之為自適應(yīng)（adaptive） 的。自適應(yīng)哈希索引通過緩沖池的B+樹構(gòu)造而來，因此建立的速度很快。而且不需要將整個(gè)表都建哈希索引，InnoDB存儲(chǔ)引擎會(huì)自動(dòng)根據(jù)訪問的頻率和模式 來為某些頁建立哈希索引。

異步IO

linux和windows中提供異步IO，其可以對(duì)連續(xù)的頁做合并連續(xù)頁的IO操作使隨機(jī)IO變順序IO。

刷新鄰接頁

刷新頁時(shí)判斷相鄰頁是否也是臟頁。

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