数据库和实例
数据库(database):物理操作系统文件或其他形式文件类型的集合
实例(instance):mysql数据库由后台线程以及一个共享内存区组成。
通常情况下，两者是一对一关系；但是，在集群情况下可能存在一个数据库被多个数据实例使用的情况。
mysql实例在系统上的表现就是一个进程；
InnoDB存储架构
innodb 在内存中的缓存池 buffer pool ；
innodb相关的磁盘文件
innodb系统表空间文件：
ibdata1存放：
- 回滚段
- 所有innodb表元数据信息（这就是为什么innodb无法像myisam表一样，直接将表定义文件 表名.frm 和表数据文件 表名.ibd 拷贝到 另一个库中，因为还有部分元数据信息在ibdata1文件中）
- double write，insert buffer dump 等等
自动扩展机制
基本参数
查看innodb的配置参数
mysql> show global variables like "%innodb%" ；
基本参数：
innodb_data_home_dir: 系统表空间文件ibdata1存放在哪个目录下
innodb_log_group_home_dir： 日志文件ib_logfile0/1存放在哪个目录
innodb_data_file_path： 定义系统表空间文件ibdata1的属性；
innodb_autoextend_increment： 系统表空间文件每次扩展的大小
innodb_log_file_size： ib_logfile文件大小（写操作多时可以增大）
innodb_log_files_in_group： 有几个ib_logfile文件（写操作多时可以增大 ）
innodb_file_per_table：
关键；开启后，会产生表定义文件 表名.frm，和表数据文件 表名.idb，
这样每个表的数据都会存在自己的.idb文件中；如果 关闭，那么所有的
数据都会 存在系统表空间文件 ibdata1文件中，这会ibdata1 非常繁忙
并且臃肿 庞大，而且ibdata1无法 收缩的，比如线上将一个 大的表 drop掉，
此时ibdata1是无法自动缩小的（需要使用 optimiza table 来优化）；而如果开启，数据存在 .idb文件中，则可以随时缩小；
innodb数据文件存储结构
特点：
- 根据主键寻址速度很快
- 主键值递增的insert插入效率较好
- 主键值随机insert插入操作效率差
- 因此，innodb表必须指定主键，建议使用自增数字；
如果不使用主键，系统会自动加上一个6字符字符串的主键；
innodb数据块缓存池
- 数据的读写需要经过缓存（缓存在buffer pool 即在内存中）
- 数据以整页（16K）位单位读取到缓存中
- 缓存中的数据以LRU策略换出（最少使用策略）
- IO效率高，性能好
innodb_buffer_pool_size:
为了IO效率，数据库修改的文件都在内存缓存中完成的；那么我们知道一旦断电，内存中的数据将消失，而数据库是如何保证数据的完整性的呢？那就是数据持久化与事务日志；
innodb 数据持久化与事务日志
- 事务日志实时持久化
- 内存变化数据（脏数据）增量异步刷出到磁盘
- 实例故障靠重放日志恢复
- 性能好，可靠，恢复快；
如果宕机了则：应用已经持久化好了的日志文件，读取日志文件中没有被持久化到数据文件里面的记录；将这些记录重新持久化到我们的数据文件中.
优缺点：如果实时的刷新到 磁盘中，要找到x随机存放的位置，IO消耗大；而如果将修改刷新到日志文件中，因为它是顺序读写的，速度会快很多。
innodb日志持久化相关参数
innodb_flush_log_at_trx_commit
innodb 行级锁
- 写不阻塞读
- 不同行间的写相互不阻塞
- 并发性能好
innodb与事务ACID
事务ACID特性完整支持
- 回滚段失败回滚 A
- 支持主外键约束 C
- 事务版本+回滚段=MVCC I
- 事务日志持久化 D
默认可重复读隔离级别，可以调整
innodb关键特性
- 插入缓冲（insert buffer）
- 两次写（Double write）
- 自适应哈希索引（adaptive hash index）
- 异步io（Async IO）
- 刷新领接页（Flush Neighbor Page）
带来了更好的性能以及更高的可靠性。
1.插入缓冲
使用场景，即非唯一辅助索引的插入操作，因为不是顺序的，所以将这些插入操作，
存到插入缓冲中去，然后一段时间统一插入到真的索引中去，此时很有可能有几条 插入合并操作，
因为他们是对同一索引页进行的操作，这样就大大提高了效率。
关键就是将一些 离散的操作，缓存起来，然后找到一些对同一个索引页 进行 操作的 操作项 进行合并，这样提高了 效率。
2.两次写
提高了 数据页的可靠性。
在应用（apply）重做日志前，用户需要一个页的副本，当写入失效发生时，先通过页的副本来还原该页，再进行重做，这就是duble write 。
dublewrite组成
- 内存中的dublewrite buffer,大小2M，
- 物理磁盘上共享表空间中连续的128个页，即2个区（extend），大小同样为2M。
对缓冲池的脏页进行刷新时，不是直接写磁盘，而是会通过memcpy()函数将脏页先复制到内存中的doublewrite buffer，
之后通过doublewrite 再分两次，每次1M顺序地写入共享表空间的物理磁盘上，在这个过程中，因为doublewrite页是连续的，
因此这个过程是顺序写的，开销并不是很大。在完成doublewrite页的写入后，再将doublewrite buffer 中的页写入各个 表空间文件中，
此时的写入则是离散的。如果操作系统在将页写入磁盘的过程中发生了崩溃，在恢复过程中，innodb可以从共享表空间中的doublewrite
中找到该页的一个副本，将其复制到表空间文件，再应用重做日志。
3.自适应哈希索引
哈希（hash）是一种非常快的查找方法，在一般情况下这种查找的时间复杂度为O(1),即一般仅需要一次查找就能定位数据。
而B+树的查找次数，取决于B+树的高度，在生成环境中，B+树的高度一般3-4层，故需要3-4次的查询。
innodb会监控对表上个索引页的查询。如果观察到建立哈希索引可以带来速度提升，则建立哈希索引，称之为自适应哈希索引（Adaptive Hash Index，AHI）。
AHI有一个要求，就是对这个页的连续访问模式必须是一样的。
例如对于（a,b）访问模式情况：
where a = xxx
where a = xxx and b = xxx
访问模式一样指的是查询的条件一样，若交替进行上述两种查询，那么innodb不会对该页构造AHI，此外AHI还有如下的要求：
- 以该模式访问了100次
- 页通过该模式访问了N次，其中N=页中记录*1/16;
AHI启动后，读写速度提高了2倍，辅助索引的连接操作性能可以提高5倍。
AHI，是数据库自动优化的，DBA只需要指导开发人员去尽量使用符合AHI条件的查询，以提高效率。
4.异步IO
sync IO ：同步IO 即每进行一次IO操作，此次操作结束才能继续接下来的操作。
但是如果用户发需要等待出一条索引扫描的查询，那么这条SQL查询语句可能需要扫描多个索引页，
也就是需要进行多次的IO操作。在每扫描一个页并等待期完成再进行下一次的扫描是没有必要的。
异步IO：
用户可以在发出一个IO请求后立即再发出另一个IO请求，当全部IO请求发送完毕后，等待所有IO操作的完成，这就是AIO。
AIO另一个优势可以将多个IO，合并为1个IO，以提高IO效率。例如：
用户需要访问3页内容，但这3页时连续的。同步IO需要进行3次IO,而AIO只需要一次 就可以了。
使用AIO的恢复速度 提高了75%
5.刷新领接页
工作原理：
当刷新一个脏页时，innodb会检测该页所在区（extent）的所有页，如果是脏页，那么一起进行刷新。
这样做，通过AIO将多个IO写入操作合并为一个IO操作。在传统机械磁盘下有着显著优势。
innodb_flush_neighbors 参数来控制是否开启。
总结
- 数据库与实例
- innodb相关磁盘文件：
-
- ibdata1:
-
- 回滚段
- 表元数据
- double write
- insert buffer dump等
- ib_logfile0/1
- .frm:表定义文件
- .ibd:数据文件,innodb_file_per_table=1
- 性能相关参数：
-
- innodb_log_file_size
- innodb_log_files_in_group
- 原因：当redo log 采用轮寻范式ib_logfile0写完，写ib_logfile1完,清楚ib_logfile0并继续写入ib_logfile0;当ib_logfile1写完，ib_logfile0中还有数据没有持久化到磁盘，又来了新的写入，此时会阻塞新写入，强制刷新ib_logfile0到磁盘，再将新写，写入ib_logfile0;这样就是说，logfile越大其写入越不容易阻塞，写入性能也就越好。
- 数据节点每页16K
- innodb数据块缓存池
-
- 数据读写经过缓存池
- 数据以整页为单位读取
- LRU策略（最少使用）换出，
- innodb数据持久化：通过事务日志
- innodb_flush_log_at_trx_commit
-
- 0：每秒写入并持久化一次（不安全，性能高，无论mysql或服务器宕机，都会丢数据）
- 1：每次commit都持久化（安全，性能低，IO负担重）
- 2：每次commit都写入内存的redo log缓存，每秒再刷新到磁盘（安全，性能折中，mysql宕机数据不会丢失，服务器宕机数据会丢失）
- innodb关键特性
-
- 插入缓冲（insert buffer）
- 两次写（Double write）
- 自适应哈希索引（adaptive hash index）
- 异步io（Async IO）
- 刷新领接页（Flush Neighbor Page）
