MySQL必知必会:用十一张图讲清楚,当你CRUD时BufferPool中发生了什么!以及BufferPool的优化!

一、收到了大佬们的建议

1、篇幅偏短,建议稍微加长一点。

这点说的确实挺对,有的篇幅确实比较短,针对这个提议我会考虑将相似的话题放在一篇文章中。但是这可能会导致我中断每天更新的步调,换成隔几天发一篇的步调(但是这个系列的文章一定会写完的!)

2、Buffer Pool、LRU List、Flush List、Free List相辅相成,建议放在一起串讲。

说的没错,是应该一起串讲。于是有了这篇加餐的文章:下面让我们就一起看下,当你执行CURD时,InnoDB的Buffer Pool中都发生了什么!以及Buffer Pool的优化!


二、Let‘s go

你知道的,MySQL对数据的增删改查都是内存中完成的,这块内存就是Buffer Pool。

你可以像下面这样查看下你的MySQL的Buffer的Buffer Pool的默认大小

上图中的0.125单位为GB,转换成MB就是 1024* 1/8 = 128MB

总结来说,就是MySQL启动后就会为我们初始化好这块Buffer Pool。如下图:

你可以看着上图,然后读下面这段话:

MySQL以数据页为单位,从磁盘中读取数据。数据页被读取到内存中,所谓的内存其实就是Buffer Pool。

Buffer Pool中维护的数据结构是缓存页,而且每个缓存页都有它对应的描述信息。

由于MySQL刚启动,还没有从磁盘中读取任何数据页到内存(Buffer Pool)中,那此时Buffer Pool中所有的缓存页其实都是空的。

除了缓存页之外,你还能看到Buffer Pool中存在三个双向链表。分别是FreeList、LRUList以及FlushList。这三个双向链表中维护着缓存页的描述信息。


三、好,假设你读取出来了1个数据页

当你通过select读取出一个数据页之后,是需要将这个数据页加载进Buffer Pool中的缓存页中的。

那问题来了,MySQL怎么知道该将你读取出来的数据页存放在那个缓存页中呢?相信你看了上图应该也能想到答案了。FreeList这个双向链表不是存放了空闲的缓存页的描述信息吗?那从FreeList中取出一个空间缓存页的描述信息不就好了?于是得到了下面这张图:

啰嗦一点:对这张图稍微做一下解读:

InnoDB会将你读取出来的数据页加载进Buffer Pool中的缓存页中,然后缓存页的描述信息也会被维护进LRU链表中。链表做了冷热数据分离优化,5/8的区域是热数据区域,3/8的区域算是冷数据区域。(本质上它们都是双向链表),而你新读取的数据页会被放在冷数据区的靠前的位置上。

如果你将该数据页读取出来加载进缓存页中后,间隔没到1s,就使用该缓存页。那么InnoDB是不会将这个描述信息移动到5/8的热数据区域的。

但是当超过1s后,你又去读这个数据页。那这个数据页的描述信息就会被放到热数据区域。如下图:


四、假设你一次性读取出来了好多数据页

白日梦在第 6 篇文章中跟大家分享过,MySQL是存在预读机制的,感兴趣可关注公众号阅读。

假设触发了MySQL的预读机制。一次性从磁盘中读取来N多个缓存页。会得到下面这张图:

因为发生了预读,所以你的一次磁盘IO读出了大量的数据页,但是这些数据页中很可能是有一些是你根本不需要的,仅仅是预读把它们级联查出来了。这时按老规矩,从FreeList中找到空闲的缓存页信息,然后将其从FreeList中移除。根据找到的空闲缓存页的描述信息,将从磁盘中读取出来的数据页加载进去。相应的该缓存页的描述信息也会被维护进LRU链表的冷数据区域。

这时你就会发现这种冷热数据分离的机制多么妙!即使发生了预读又怎么样?根本没有机会将热数据区的描述信息1挤下去。当内存不够用了需要将部分缓存页刷新到磁盘中时,那就从冷数据区域开始刷新好了,反正他们本来就不经常被使用。

同样的,当你超过1s后又访问了冷数据区的缓存页,比如访问了缓存页66和数据页67,该缓存页对应的描述信息是会被提升到热数据区,于是有了下面这张图:

那,如果你访问上图中的数据页67,它会移动到描述信息66所在节点的前面去吗?

其实MySQL的LRU链表做了优化,数据67是不会往前跑的。


五、假设你修改了某数据页

假设你执行了update xxx set xxx where id in (xxx,xxx,xxx,xxx);

而符合条件的数据行恰巧就在描述信息1、描述信息66、描述信息67所指向的缓存页中,那BufferPool中会发生什么呢?

如下图:

你会看到,被你修改了的缓存页的描述信息,被添加到了FlushList这个双向链表中。

想必看到这里你已经知道了,原来FlushList中的节点存放就是被修改了脏数据页的描述信息块。

随着MySQL被使用的时间越来越长,BufferPool的大小就越来越小。等它不够用的时候,就会将部分LRU中的数据页描述信息移除出去,这时如果发现被移除出来的数据页在FLushList中,就会触发fsync的操作,触发随机写磁盘。如果该数据页是干净的,那移除出去就好了。其他也不用干啥。

举个例子:假设需要将描述信息66、描述信息67指向的缓存页落盘。会得到下面这张脑图:

描述信息66、67指向的缓存页被刷新进磁盘。 同时从FlushList中将其移除,然后存入FreeList中。完成一个循环

当然,将脏数据页刷新进磁盘的时机除了上图中说的还有好多种情况,白日梦在上一篇文章中有分享。可关注公众号查看哦



下面再看一下关于Buffer Pool的设置和相关的优化。

六、配置Buffer Pool的大小

buffer pool越大,MySQL的性能就越强悍。你可以像下面这样配置Buffer Pool的大小。

mysql> SET GLOBAL innodb_buffer_pool_size=402653184;

七、配置多个Buffer Pool的实例

你可以为MySQL实例配置多个Buffer Pool,每个Buffer Pool各自负责管理一部分缓存页,并且有自己独立的LRU、Free、Flush链表。

当有多线程并发请求过来时,线程可以在不同的Buffer Pool中执行自己的操作,MySQL性能就会得到很大的提升

在my.d中进行配置

[server]
innodb_buffer_pool_size = xxx
innodb_buffer_pool_instances = 4

意思是将总容量为xxx的buffer pool划分成4个实例。每个实例都有 xxx/4 的容量。

参数innodb_buffer_pool_instances的最大值为64,并且想让该参数生效,innodb_buffer_pool_size容量至少是1G。

可以像下面这样查看你的MySQL的Buffer Pool实例状态。


八、揭秘BufferPool的真实结构

现实中Buffer Pool动辄就占用好几G的内存,相对于直接申请几G的内存完成扩容,MySQL有更优雅的实现方式。

为了实现动态调整Buffer Pool的大小。MySQL设计了chunk 机制。

可以看上图脑补一下Buffer Pool 以及 Chunk长什么样。

总的来说:就是将每一个 Buffer Pool Instance 更加细力度化。将Buffer Pool拆分成更小的独立单元。

每个Buffer Pool划分成多个chunnk,每个chunk中维护一部分缓存页、缓存页的描述信息。同属于一个Buffer Pool的chunk共享该Buffer Pool的lru、free、flush链表。

块大小由参数innodb_buffer_pool_chunk_size控制,默认值为 128M

该参数可以像下面这样修改:

shell> mysqld --innodb-buffer-pool-chunk-size=134217728

或者通过配置文件自定义

[mysqld]
innodb_buffer_pool_chunk_size=134217728

九、看一看Buffer Pool相关的参数

执行命令

> mysql show engine innodb status

image-20201103070730462

十、如何规划你的Buffer Pool大小

推荐将Buffer Pool的总大小设置为服务器内存的 50%~60%左右

BufferPool总大小 = (chunkSize * bufferPoolInstanceNum)*2


十一、Buffer Pool的预热机制

这种机制实际上是想让重启后的MySQL快速适应大规模的流量请求。

InnoDB 在服务器关闭时为每个缓冲池保存一部分最近高频使用的页面,并在服务器启动时恢复这些页面。保存多大比例的缓存页由参数innodb_buffer_pool_dump_pct控制。

在启动时还原缓冲池,实际上会缩短预热的时间。

你可以通过下面的方式配置该参数

# 通过命令
SET GLOBAL innodb_buffer_pool_dump_pct=40;

# 通过文件
[mysqld]
innodb_buffer_pool_dump_pct=40

参数innodb_buffer_pool_dump_at_shutdown控制 MySQL关闭时保存缓冲池的状态,默认为on的状态。

启动参数--innodb-buffer-pool-load-at-startup 表示启动MySQL的时候恢复缓冲池中的状态,默认也是开启的。


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参考:

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-buffer-pool-resize.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-preload-buffer-pool.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-preload-buffer-pool.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-buffer-pool-resize.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-buffer-pool.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-performance-midpoint_insertion.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-performance-read_ahead.html

https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/innodb-buffer-pool.html

https://lalitvc.wordpress.com/2016/11/03/mysql-architecture-and-components/


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posted @ 2020-11-22 09:52  赐我白日梦  阅读(257)  评论(3编辑  收藏