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首先我们来看官网的一张图(图片来源于MySQL官网)#xff1a; 从上图中可以看出其主要分为两部分结构#xff0c;一部分为内存中的结构(上图左边)#xff0c;一部分为磁盘中的结构(上图右边)
内存结构
InnoDB内存中的结构主要分为#xff1a;Buffer Pool,…InnoDB总体结构
首先我们来看官网的一张图(图片来源于MySQL官网) 从上图中可以看出其主要分为两部分结构一部分为内存中的结构(上图左边)一部分为磁盘中的结构(上图右边)
内存结构
InnoDB内存中的结构主要分为Buffer Pool,Change Buffer和Log Buffer三部分。
Buffer Pool
Buffer Pool是InnoDB缓存表和索引的一块主内存区域Buffer Pool允许直接从内存中处理经常使用的数据从而加快处理速度带来一定的性能提升。 但是缓存总有放满的时候当缓存满了新来的数据怎么处理呢Bufer Pool中采用的是LRU(least recently used最近最少使用)算法LRU列表中最前面存的是高频使用页尾部放的是最少使用的页。当有新数据过来而缓存满了就会覆盖尾部数据。
假如我们有一条查询语句非常大返回的结果集直接就超过了Buffer Pool的大小而这种语句使用场景又是极少的可能查询这一次之后很久不会查询而这一次就将缓存占满了将一些热点数据全部覆盖了。为了避免这种情况发生InnoDB对传统的LRU算法又做了改进将LRU列表分拆分为2个如下图(图片来源于MySQL官网) 该算法在new子列表中保留大量页面(5/8),old子列表包含较少使用的页面(3/8);old子列表中数据可能会被覆盖该算法具体操作如下 3/8的Buffer Pool空间用于old子列表 列表的中点是new子列表的尾部与old子列表的头部之间的边界 当InnoDB将一个页面读入缓冲池时它首先将它插入到中间点(old子列表的头)。读取的页面是由用户发起的操作(比如SQL查询)或InnoDB自动执行的预读操作 访问old子列表中的页面使其“young”并将其移动到new子列表的头部。如果读取的页是由用户发起的操作那么就会立即进行第一次访问并使页面处于young状态如果读取的页是由预读发起的操作那么第一次访问不会立即发生而且可能直到覆盖都不会发生。 操作数据时Buffer Pool中未被访问的页会逐渐移到尾部最终会被覆盖。
默认情况下查询读取的页面会立即移动到新的子列表中这意味着它们在缓冲池中停留的时间更长。
Change Buffer
Change Buffer是一种特殊的缓存结构用来缓存不在Buffer Pool中的辅助索引页 支持insert, update,delete(DML)操作的缓存(注意这个在MySQL5.5之前叫做Insert Buffer仅支持insert操作的缓存)。当这些数据页被其他查询加载到Buffer Pool后则会将数据进行merge到索引数据叶中。 InnoDB在进行DML操作非聚集非唯一索引时会先判断要操作的数据页是不是在Buffer Pool中如果不在就会先放到Change Buffer进行操作然后再以一定的频率将数据和辅助索引数据页进行merge。这时候通常都能将多个操作合并到一次操作减少了IO操作尤其是辅助索引的操作大部分都是IO操作可以大大提高DML性能。
如果Change Buffer中存储了大量的数据那么可能merge操作会需要消耗大量时间。
为什么Change Buffer只能针对非聚集非唯一索引
因为如果是主键索引或者唯一索引需要判断数据是否唯一这时候就需要去索引页中加载数据判断而不能仅仅只操作缓存。
Change Buffer什么时候会merge
总体来说Change Buffer的merge操作发生在以下三种情况 辅助索引页被读取到Buffer Pool时。 当执行一条select语句时会去检查当前数据页是否在Change Buffer中如果在就会把数据merge到索引页 该辅助索引页没有可用空间时。 InnoDB内部会检测辅助索引页是否还有可用空间(至少有1/32页)如果检测到当前操作之后当前索引页剩余空间不足1/32时会进行一次强制merge操作 后台线程Master Thread定时merge。 Master Thread是一个非常核心的后台线程主要负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘保证数据的一致性。
Adaptive Hash Index
Adaptive Hash Index自适应哈希索引。InnoDB引擎会监控对索引页的查询如果发现建立哈希索引可以带来性能上的提升就会建立哈希索引这种称之为自适应哈希索引InnoDB引擎不支持手动创建哈希索引。
Log Buffer
日志缓冲区是存储要写入磁盘日志文件的一块数据内存区域大小由变量innodb_log_buffer_size 控制默认大小为16MB(5.6版本是8MB)
SHOW VARIABLES LIKE innodb_log_buffer_size;-- global级别无session级别上文讲述update语句更新流程一文中我们只提到了Buffer Pool用来代替缓存区通过本文对内存结构的分析实际上Buffer Pool中严格来说还有Change BufferLog Buffer和Adaptive Hash Index三个部分DML操作会缓存在Change Buffer区域而写redo log之前会先写入Log Buffer所以Log Buffer又可以称之为redo Log Buffer。
Log Buffer什么时候写入redo log
一个大的Log Buffer空间大允许运行大型事务而无需在事务提交之前将redo log数据写入磁盘。Log Buffer中的数据会定期刷新到磁盘那么Log Buffer的数据又是如何写入磁盘的呢Log Buffer数据flush到磁盘有三种方式通过变量innodb_flush_log_at_trx_commit 控制默认为1。 |value|描述| 当设置为0时由于数据还在内存所以崩溃后数据基本会被丢失 当设置为2时由于数据已经实时写到redo log了如果磁盘文件没有被损坏还是可以恢复的
另外Mast Thread默认1s进行一次刷盘操作这个可以通过变量innodb_flush_log_at_timeout控制默认1s。
SHOW VARIABLES LIKE innodb_flush_log_at_timeout;-- global级别无session级别
磁盘结构
InnoDB引擎的磁盘结构从大的方面来说可以分为Tablespace和redo log两部分
Tablespace
Tablespace可以分为4大类分别是System TablespaceFile-Per-Table TablespacesGeneral TablespacesUndo Tablespaces
System Tablespace
系统表空间中包括了 InnoDB data dictionary,doublewrite buffer, change buffer, undo logs 4个部分默认情况下InnoDB存储引擎有一个共享表空间ibdata1,如果我们创建表没有指定表空间则表和索引数据也会存储在这个文件当中可以通过一个变量控制(后面会介绍)。
ibdata1文件默认大小为12MB可以通过变量innodb_data_file_path来控制改变其大小的最好方式就是设置为自动扩展。
innodb_data_file_pathibdata1:12M:autoextend
上面表示默认表空间ibdata1大小为12MB支持自动扩展大小。
当我们的文件达到一定的大小之后比如达到了998MB我们就可以另外开启一个表空间文件
innodb_data_home_dir
innodb_data_file_path/ibdata/ibdata1:988M;/disk2/ibdata2:50M:autoextend
关于上面的设置有3点需要注意 innodb_data_home_dir如果不设置的话那么就默认所有的表空间文件都在datadir目录下而我们上面指定了2个不同路径所以需要把innodb_data_home_dir设为空 autoextend这个属性只能放在最后一个文件 指定新的表空间文件名的时候不能和现有表空间文件名一致否则启动MySQL时会报错
当然表空间可以增大自然也可以减少但是一般我们都不会去设置减少而且减少表空间也相对麻烦在这里就不展开叙述了。
InnoDB Data Dictionary
InnoDB数据字典由内部系统表组成其中包含用于跟踪对象(如表、索引和表列)的元数据。元数据在物理上位于InnoDB系统表空间中。由于历史原因数据字典元数据在某种程度上与存储在InnoDB表元数据文件(.frm文件)中的信息重叠。
Doublewrite Buffer
Doublewrite Buffer双写缓冲区这个是InnoDB为了实现double write而设置的一块缓冲区double write和上面的change buffer一个确保了可靠性一个确保了性能的提升是InnoDB中非常重要的两大特性。
我们先来看下面一张图 InnoDB默认页的大小是16KB而操作系统是4KB如果存储引擎正在写入页的数据到磁盘时发生了宕机可能出现页只写了一部分的情况比如只写了 4K这种情况叫做部分写失效partial page write可能会导致数据丢失。
可能有人会说可以通过redo log来恢复但是注意redo log恢复数据有一个前提那就是页没有损坏如果页本身已经被损坏了那么是没办法恢复的所以为了确保万无一失我们需要先保存一个页的副本如果出现了上面的极端情况可以用页的副本结合redo log来恢复数据这就是double write技术。
double write也是由两部分组成一部分是内存中的double write buffer,大小为2MB另一部分是物理磁盘上的共享表空间中的连续128个页大小也是2MB写入流程如下图(图片来源于《MySQL技术内幕 InnoDB存储引擎》) double write机制会使得数据写入两次磁盘但是其并不需要两倍的I/O开销或两倍的I/O操作。通过对操作系统的单个fsync()调用数据以一个大的顺序块的形式写入到双写入缓冲区。
在大多数情况下默认启用了doublewrite缓冲区。要禁用doublewrite缓冲区可通过将变量innodb_doublewrite设置为0即可。
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