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Innodb體系結(jié)構(gòu)

• Innodb存儲(chǔ)引擎主要包括內(nèi)存池以及后臺(tái)線程。

• 內(nèi)存池：多個(gè)內(nèi)存塊組成一個(gè)內(nèi)存池，主要維護(hù)進(jìn)程/線程的內(nèi)部數(shù)據(jù)、緩存磁盤數(shù)據(jù)，修改文件前先修改內(nèi)存、redo log

• 后臺(tái)線程：刷新內(nèi)存池中的額

內(nèi)存

緩沖池

• Innodb的數(shù)據(jù)以頁(yè)的形式存儲(chǔ)在磁盤，因此采用內(nèi)存作為緩存頁(yè)數(shù)據(jù)。

• 讀頁(yè)數(shù)據(jù)時(shí)，先將磁盤上的頁(yè)數(shù)據(jù)“FIX”到緩沖池，下次讀即可直接從緩沖池中讀。

• 修改數(shù)據(jù)時(shí)，先修改緩沖池中的頁(yè)數(shù)據(jù)，然后刷新到磁盤，并不是每次都刷新而是通過(guò)Checkpoint機(jī)制刷新到磁盤。

• 數(shù)據(jù)頁(yè)類型：索引頁(yè)、數(shù)據(jù)頁(yè)、undo頁(yè)、插入緩沖(insert buffer)、自適應(yīng)哈希索引、鎖信息、數(shù)據(jù)字典信息等

• 緩存池通過(guò)LRU算法管理。

LRU、Free List、Flush List

• 普通LRU：最頻繁的處于列表前端，最少使用處于尾端，先釋放列表尾端的頁(yè)。

• Innodb LRU：在LRU隊(duì)列中加入midpoint位置，默認(rèn)值5/8，表示新讀取的頁(yè)加入到列表的5/8位置。midpoint之后列表成為old表，之前稱為new表。即列表尾端到表尾37%為old表，其余為new表。new表存放活躍數(shù)據(jù)。

• Free List：數(shù)據(jù)庫(kù)啟動(dòng)時(shí)LRU表為空，頁(yè)均存放在Free List中。需要使用時(shí)從該表中獲取。

• Flush List管理緩存中被修改過(guò)的頁(yè)。

• unzip_LRU，壓縮頁(yè)大小為1、2、4、8KB，其還是屬于LRU管理。unzip_LRU對(duì)不同大小頁(yè)分開(kāi)管理，采用伙伴算法分配內(nèi)存。

redo log buffer

redo log先都寫(xiě)入該buffer，而后按一定頻率刷新到磁盤（1s/次），默認(rèn)8M。其刷到磁盤主要一下幾個(gè)情況：

1. Master Thread每秒執(zhí)行一次。

2. 事物提交時(shí)。

3. redo log buffer剩余空間小于1/2。

額外的內(nèi)存池

對(duì)一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)本身的內(nèi)存分配是從額外內(nèi)存池分配。

線程

Master Thread

負(fù)責(zé)將緩存池中的數(shù)據(jù)異步刷新到磁盤，包括臟頁(yè)。合并插入緩存（INSERT BUFFER）、UNDO頁(yè)的回收等。

IO Thread

Innodb中大量使用AIO處理寫(xiě)請(qǐng)求，IO Thread則主要處理這些請(qǐng)求的回調(diào)，包括write、read、insert buffer和log IO Thread。

Purge Thread

主要用來(lái)回收undo log，Innodb1.1之前由Master Thread負(fù)責(zé)。

Page Cleaner Thread

清理已提交事物的UNDO log。

Checkpoint

事務(wù)型數(shù)據(jù)庫(kù)一般采用Write Ahead Log策略，當(dāng)事物提交時(shí)先寫(xiě)redo log而后修改內(nèi)存中的頁(yè)。當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)宕機(jī)對(duì)于還未寫(xiě)入磁盤的修改數(shù)據(jù)可以通過(guò)redo log恢復(fù)。Checkpoint作用在于保證該點(diǎn)之前的所有修改的頁(yè)均已刷新到磁盤，這之前的redo log在恢復(fù)數(shù)據(jù)時(shí)可以不需要了。

Sharp Checkpoint

發(fā)生在數(shù)據(jù)庫(kù)關(guān)閉時(shí)，將所有臟頁(yè)寫(xiě)入磁盤，數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行時(shí)一般不使用。

Fuzzy Checkpoint

只刷新部分部分臟頁(yè)。

1. Master Thread Checkpoint：Master Thread異步已一定頻率刷新一定比例臟頁(yè)。

2. Flush_LRU_LIST Checkpoint：為了保證LRU中有一定數(shù)量的空閑頁(yè)，Page Clear Thread將對(duì)LRU中尾端頁(yè)進(jìn)行移除，如果存在臟頁(yè)則做刷新。

3. Async/Sync Flush Checkpoint：為了保證redo log循環(huán)使用（覆蓋），對(duì)于需要將redo文件中不可用的臟頁(yè)進(jìn)行刷新到磁盤。

4. Dirty Page too much Checkpoint：臟頁(yè)數(shù)量太多。

Master Thread工作方式

Innodb 1.2.x之前

主要包括主loop、background loop、flush loop和suspend loop。其中的參數(shù)可以配置。

Innodb 1.2.x

Master Thread中的臟頁(yè)刷新功能完全由Page Cleaner Thread執(zhí)行。

+ View Code

nnodb關(guān)鍵特性

插入緩沖

• 當(dāng)插入數(shù)據(jù)需要更新非聚集索引時(shí)，如果每次都更新則需要進(jìn)行多次隨機(jī)IO，因此將這些值寫(xiě)入緩沖對(duì)相同頁(yè)的進(jìn)行合并提高IO性能。

• 插入非聚集索引時(shí)，先判斷該索引頁(yè)是否在緩沖池中，在則直接插入。否則寫(xiě)入到Insert Buffer對(duì)象。

• 條件：二級(jí)索引，索引不能是unique(因?yàn)槿绻莡nique則必須保證唯一性，此時(shí)得檢查所有索引頁(yè)，還是隨機(jī)IO了)

• Change Buffer：包括Insert Buffer、Delete Buffer、Purge Buffer，update操作包括將記錄標(biāo)記為已刪除和真正將記錄刪除兩個(gè)過(guò)程，對(duì)應(yīng)后兩個(gè)Buffer。

• Insert Buffer內(nèi)部是一顆B+樹(shù)

• Merge Insert Buffer三種情況：

1. 對(duì)應(yīng)的索引頁(yè)被讀入緩沖池。

2. 對(duì)應(yīng)的索引頁(yè)的可用空間小于1/32，則強(qiáng)制進(jìn)行合并。

3. Master Thread中的合并插入緩沖。

兩次寫(xiě)

在對(duì)臟頁(yè)刷新到磁盤時(shí)，如果某一頁(yè)還沒(méi)寫(xiě)完就宕機(jī)，此時(shí)該頁(yè)數(shù)據(jù)已經(jīng)混亂無(wú)法通過(guò)redo實(shí)現(xiàn)恢復(fù)。innodb提供了doublewrite機(jī)制，其刷新臟頁(yè)步驟如下：

自適應(yīng)哈希索引

InnoDB存儲(chǔ)引擎會(huì)監(jiān)控對(duì)表上索引的查找，如果觀察到建立哈希索引可以帶來(lái)速度的提升，則建立哈希索引，所以稱之為自適應(yīng)（adaptive） 的。自適應(yīng)哈希索引通過(guò)緩沖池的B+樹(shù)構(gòu)造而來(lái)，因此建立的速度很快。而且不需要將整個(gè)表都建哈希索引，InnoDB存儲(chǔ)引擎會(huì)自動(dòng)根據(jù)訪問(wèn)的頻率和模式 來(lái)為某些頁(yè)建立哈希索引。

異步IO

linux和windows中提供異步IO，其可以對(duì)連續(xù)的頁(yè)做合并連續(xù)頁(yè)的IO操作使隨機(jī)IO變順序IO。

刷新鄰接頁(yè)

刷新頁(yè)時(shí)判斷相鄰頁(yè)是否也是臟頁(yè)。