【MySQL】InnoDB架构

p_fly

于 2024-06-29 17:08:51 发布

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分类专栏：数据库文章标签： mysql 架构数据库 InnoDB

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/p_fly/article/details/140008894

本文MySQL版本是8.X版本

这是官方文档给出来的架构图：MySQL :: MySQL 8.0 Reference Manual :: 17.4 InnoDB Architecture

可以看出，整体上是分成两部分的：内存结构(提高效率)和磁盘结构(数据持久化)，下面将把每个区域都大致做一个介绍。

内存结构

缓冲池(Buffer Pool)

缓冲池是用来缓存各种数据，最主要的就是缓存从磁盘加载的 数据页，当数据库请求数据时，InnoDB首先查看缓冲池中是否存在所需的数据，如果存在，则直接从内存中读取，从而大幅提高读取速度。

结构

Instances

缓冲池至少有一个Instances实例对象。内存操作都是在Instances中进行的。

Instances的优点：

提升并发性能：将Buffer Pool分成多个实例可以减少锁竞争，从而提高并发读取的效率。不同的连接可以并行地访问不同的Buffer Pool实例，减少了单一全局锁的压力。
优化内存管理：每个Buffer Pool实例可以配置不同的大小，使得可以更好地控制内存的使用和分配。这对于大内存系统特别有用，可以有效地分配和管理大量的内存。

Instances数量相关：

通过系统变量 innodb_buffer_pool_instances 可以设置缓冲池实例的个数，默认是 1，最大值为 64。
当缓冲池的大小小于 1GB 时，无论指定 innodb_buffer_pool_instances 数是多少都会自动调整为 1。
当缓冲池的大小大于等于 1GB 时，默认的 innodb_buffer_pool_instances 值为 8，也可以指定大于 8的值来设置实例的数量。增加多个实例可以提升服务器的并发性能。
为了获得最佳效率，建议通过指定 innodb_buffer_pool_instances 和 innodb_buffer_pool_size，为每个缓冲池实例设置至少 1GB 的空间。

# 查看instances的个数
show variables like "innodb_buffer_pool_instances";

Chunk

每个Instances实例中至少有一个Chunk块。每个Chunk中管理的是若干从磁盘加载到内存的Page数据页。

Chunk的优点

Chunk是在服务器运行状态下动态调整缓冲池大小时的操作单位。为了避免在调整大小过程中复制所有缓冲池中的数据页，调整操作以“块”为基本单位执行。

Chunk数量相关：

Chunk大小可以通过系统变量innodb_buffer_pool_chunk_size进行设置，默认为134217728字节即128MB。在设置大小时，可以以1048576字节即1MB为单位增加或减少。
更改innodb_buffer_pool_chunk_size的值时需注意以下条件：
- 如果innodb_buffer_pool_chunk_size * innodb_buffer_pool_instances大于当前缓冲池大小，innodb_buffer_pool_chunk_size将被截断为innodb_buffer_pool_size / innodb_buffer_pool_instances。
- 缓冲池大小必须始终等于或是innodb_buffer_pool_chunk_size * innodb_buffer_pool_instances的倍数。如果修改了innodb_buffer_pool_chunk_size的值导致不符合这个规则，缓冲池在初始化时会自动四舍五入为最接近或者倍数于innodb_buffer_pool_chunk_size * innodb_buffer_pool_instances的值。

Page

数据页/缓冲页，就是磁盘中数据页的数据结构，读到内存后与磁盘中的对应。

页与页如何连接

InnoDB中为了实现数据页在内存中的链表连接，定义了一个称为"控制块"（control block）的数据结构，其中包含三个重要的信息：指向数据页的内存地址前一个控制块的内存地址后一个控制块的内存地址

为了确定控制块链表的起始位置，InnoDB专门定义了一个头节点，头节点中包含了三个主要的信息：第一个控制块的内存地址最后一个控制块的内存地址链表中控制块的数量

控制块和页初始化

①在缓冲池初始化过程中，会为每个Chunk（内存块）分配内存空间。控制块会从Chunk的内存空间的左侧向右侧进行初始化，而数据页所占的内存则从右侧向左侧初始化。这意味着控制块的内存空间分配优先于数据页的分配。缓冲池在初始化过程中，剩余的内存空间无法容纳一个完整的控制块和其对应的数据页，就会产生碎片化的空间。

②在内存初始化完成后，建立了控制块与缓冲数据页之间的关系。

③后面从磁盘加载数据页是，直接缓存到缓冲页中即可。

页的管理

当磁盘中的页缓存到数据页之后，如果对于页有删除、修改操作，此时就是操作缓存的页。

缓冲池使用三个链表来维护缓冲页，这三个链表代表页在内存的三种状态。

Free List：管理未被使用的内存页，即空闲页。当执行查询操作时，如果所需的页已经在缓冲池中，则直接返回数据。如果不在缓冲池中且Free List不为空，则从磁盘中读取对应的数据页，并将其存放到Free List中的某一页中。随后，从Free List中移除这个页，并将其放入LRU List中。

LRU List：管理从磁盘读取到的数据页，包括未修改的（干净页）和已修改的（脏页）。根据LRU（最近最少使用）算法对链表中的页节点进行维护和淘汰。数据库刚启动时，LRU List是空的，所有从磁盘读取的页都存放在Free List中。当数据从磁盘读取到缓冲池时，首先从Free List中查找可用的空闲页。如果找到，则将该页从Free List中删除并加入LRU List；如果没有找到，则根据LRU算法淘汰LRU List末尾的页，并将该页的内存空间分配给新的数据页。

Flush List：当LRU List中的页被修改后（即成为脏页），会将其加入Flush List。Flush List专门用来管理需要被写回到磁盘的脏页。数据库通过刷盘机制将Flush List中的脏页刷回磁盘，以确保数据的持久性和一致性。刷盘操作完成后，将脏页的空间释放，并返回给Free List。