Innodb数据库内存模型

故事的开篇还得要从一张Innodb内存模型图讲起：

缓冲池

     InnoDB存储引擎是基于磁盘存储的，并将其中的记录按照页的方式进行管理。通常使用缓冲池来提高数据库的整体性能。缓冲池简单说就是一块内存，通过内存的速度弥补磁盘速度较慢对数据库性能的影响。

 

     在数据库中进行读操作时，首先将从磁盘读到的页存放在缓冲池中，下一次读取相同的页时，首先判定 是否存在缓冲池中，如果有就是被命中直接读取，没有的话就从磁盘中读取。

 

       在数据库进行改操作时，首先写到缓冲池中的页（1），然后在以一定的频率刷新（2）到磁盘上。

 

        重要参数大致有：

            1> innodb_buffer_pool_size ## 缓冲区大小

            2> innodb_buffer_pool_instances  ## 缓存池实例个数,每个页根据哈希值平均分配到不同 的实例中，以减少数据库内部资源的竞争，增加数据库的并发处理能力。

 

       （1）一页默认是16KB，在分配页时采用unzip_LRU压缩内存技术。其具体实践方式是：例如当需要分配一个4KB的页时，会先找是否有4KB空闲页，如果没有再找是否有8KB的空闲页，如果没有就切分一个16KB的页为两个8KB的页，再将其中一个8KB的页切分成两个4KB的页。取其中一个4KB的页用于分配。

 

      （2）这里并不是当页发生变更时触发。而是通过一种checkpoint机制刷新到磁盘。那么什么是checkpoint机制：

          它是为了避免每出现一个脏页就就刷新一次磁盘而引入的。简单到来就是Innodb通过这个机制来决定什么时候刷新脏页,宕机之后无需重做全部日志，检查点之前的已经持久化到磁盘中了，只需重做之后的数据就行。其时机大致可以总结为：

          1> 缓冲池不够用时，将脏页缓冲到磁盘

          2> 重做日志不可用时，刷新脏页

 

LRU List、Free List和Flush List

 

       这三个list虽然表示的意义不同，但是LRU和Flush之间的数据是有部分交叉的。首先分别一句话概括这三个list是什么鬼：

       1> LRU list：存放缓存数据的页。

       2> Free list：未使用的页。

       3> Flush list：存放脏数据的页。

 

       innoDB存储引擎的缓冲池是通过LRU（Latest Recent Used）算法来进行管理的。

 

       其具体实现方式是：最频繁使用的页在LRU列表(管理已经读取到的页)的前段，最少使用的页在 LRU列表的尾端。

 

       Innodb对LRU算法做了一些优化，加入了midpoint位置。什么是midpoint：

 

       新从文件中加载到内存中的数据默认会先放入midpoint位置，而不是放入LRU列表头部。其目的是为了避免类似全标扫描（这些数据基本只是用一次）之类的操作将热点数据挤出缓存池。

 

       当需要从缓冲池中分配页时，首先从Free列表中查看是否有空闲的空闲页，若有则从Free列表中删除然后加入到LRU列表中。否则根据LRU算法，淘汰LRU列表末尾的页，将该内存空间分配给新的页。在LRU列表中的页被修改后，该页称为脏页(dirry page)，这时数据库通过checkpoint机制将脏页刷回磁盘。而Flush列表中的页就是脏页列表。

 

重做日志缓冲(redo log buffer)

 

       innoDB存储引擎首先将重做日志信息放入这个缓冲区，然后按照一定的频率将其刷入重做日志文件中。重做日志缓冲区一般不需要很多，只要保证每秒产生的事务量在这个缓冲大小之内即可。可以通过innodb_log_buffer_size参数设置大小。

 

额外的内存池

 

       在innoDB存储引擎中，对内存的管理是通过一种称为内存堆(heap)的方式进行。在对一些数据结构本身的内存进行分配时，需要从额外的内 存池中进行申请，当该区域的内存不够时，需要从缓冲池中申请。

 

Innodb关键特性

       插入缓冲：物化到磁盘。优化非唯一辅助索引的插入操作，实现方式是B+树，和内存中索引页一起确保非聚集索引的性能。

       两次写:刷新脏页时，首先将脏页数据复制到内存的2M空间中，然后顺序写入磁盘，如果刷新脏页失败就拿它恢复。

       自适应hash索引：系统判断是否开启AHI，当访问模式相同时从缓冲池中的B+树构造而来。

       异步IO（AIO）：多次发出IO请求，避免了中间因为等待IO完成所消耗的时间。 

       刷新邻接页：刷新一个脏页时，会检测该页所在区的所有页，如果存在脏页将一并刷新。

 

线程及作用

       Master Thread：1> 合并插入缓冲   2> 将日志缓冲刷新到磁盘

       IO Thread（Async IO）:读写业务数据，读写插入缓冲，记录日志

       Purge Thread:回收undo页，离散读取undo页，可以进一步利用磁盘的随机读写性能 

       Page Cleaner Thread:刷新脏页