MySQL—缓存

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了MySQL—缓存。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

为什么要有Buffer Pool

虽然说MySQL的数据是存储在磁盘中,但是也不能每次都从磁盘里面读取数据,这样性能是极差的。所以InnoDB存储引擎设计了一个缓冲池(Buffer Pool),来提高数据库的读写能力。

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有了缓冲池后:

  • 当读取数据时,如果数据存在于 Buffer Pool 中,客户端就会直接读取 Buffer Pool 中的数据,否则再去磁盘中读取。
  • 当修改数据时,首先是修改 Buffer Pool 中数据所在的页,然后将其页设置为脏页,最后由后台线程将脏页写入到磁盘。

buffer pool有多大

Buffer Pool 是在 MySQL 启动的时候,向操作系统申请的一片连续的内存空间,默认配置下 Buffer Pool 只有 128MB 。可以通过调整 innodb_buffer_pool_size 参数来设置 Buffer Pool 的大小,一般建议设置成可用物理内存的 60%~80%。

buffer pool缓存什么

InnoDB会把存储的数据划分为若干个页,以页作为磁盘和内存交互的基本单位,一个页默认大小为16KB,MySQL启动时,InnoDB会为buffer pool申请一篇连续的内存空间,然后按照默认的16KB的大小划分出一个个的页,buffer pool中的页就叫做缓存页。

Buffer Pool 除了缓存「索引页」和「数据页」,还包括了 undo 页,插入缓存、自适应哈希索引、锁信息等等。

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为了更好的管理这些在 Buffer Pool 中的缓存页,InnoDB 为每一个缓存页都创建了一个控制块,控制块信息包括「缓存页的表空间、页号、缓存页地址、链表节点」等等。

控制块也是占有内存空间的,它是放在 Buffer Pool 的最前面,接着才是缓存页,如下图:

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上图中控制块和缓存页之间灰色部分称为碎片空间。

如何管理Buffer Pool

如何管理空闲页

为了能够快速找到空闲的缓存页,可以使用链表结构,将空闲缓存页的「控制块」作为链表的节点,这个链表称为 Free 链表(空闲链表)。

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Free 链表上除了有控制块,还有一个头节点,该头节点包含链表的头节点地址,尾节点地址,以及当前链表中节点的数量等信息。

Free 链表节点是一个一个的控制块,而每个控制块包含着对应缓存页的地址,所以相当于 Free 链表节点都对应一个空闲的缓存页。

有了 Free 链表后,每当需要从磁盘中加载一个页到 Buffer Pool 中时,就从 Free链表中取一个空闲的缓存页,并且把该缓存页对应的控制块的信息填上,然后把该缓存页对应的控制块从 Free 链表中移除。

如何管理脏页

buffer pool不仅提高读性能,还要提高写性能。在更新数据的时候,不需要每次都要写入磁盘,而是将buffer pool对应的缓存页标记为脏页,然后由后台线程将脏页写入到磁盘。

那为了能快速知道哪些缓存页是脏的,于是就设计出 Flush 链表,它跟 Free 链表类似的,链表的节点也是控制块,区别在于 Flush 链表的元素都是脏页。

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如何提高缓存命中率

使用LRU算法,该算法的思路是,链表头部的节点是最近使用的,而链表末尾的节点是最久没被使用的。那么,当空间不够了,就淘汰最久没被使用的节点,从而腾出空间。

简单的 LRU 算法并没有被 MySQL 使用,因为简单的 LRU 算法无法避免下面这两个问题:

  • 预读失效;
  • Buffer Pool 污染;

预读失效

先来说说 MySQL 的预读机制。程序是有空间局部性的,靠近当前被访问数据的数据,在未来很大概率会被访问到。所以,MySQL 在加载数据页时,会提前把它相邻的数据页一并加载进来,目的是为了减少磁盘 IO。但是可能这些被提前加载进来的数据页,并没有被访问,相当于这个预读是白做了,这个就是预读失效

怎么解决预读失效而导致缓存命中率降低的问题?

最好就是让预读的页停留在 Buffer Pool 里的时间要尽可能的短,让真正被访问的页才移动到 LRU 链表的头部,从而保证真正被读取的热数据留在 Buffer Pool 里的时间尽可能长。MySQL 是这样做的,它改进了 LRU 算法,将 LRU 划分了 2 个区域:old 区域 和 young 区域。young 区域在 LRU 链表的前半部分,old 区域则是在后半部分,如下图:

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划分这两个区域后,预读的页就只需要加入到 old 区域的头部,当页被真正访问的时候,才将页插入 young 区域的头部。如果预读的页一直没有被访问,就会从 old 区域移除,这样就不会影响 young 区域中的热点数据。

buffer pool污染

当某一个 SQL 语句扫描了大量的数据时,在 Buffer Pool 空间比较有限的情况下,可能会将 Buffer Pool 里的所有页都替换出去,导致大量热数据被淘汰了,等这些热数据又被再次访问的时候,由于缓存未命中,就会产生大量的磁盘 IO,MySQL 性能就会急剧下降,这个过程被称为 Buffer Pool 污染

怎么解决出现 Buffer Pool 污染而导致缓存命中率下降的问题?

MySQL 是这样做的,进入到 young 区域条件增加了一个停留在 old 区域的时间判断。具体是这样做的,在对某个处在 old 区域的缓存页进行第一次访问时,就在它对应的控制块中记录下来这个访问时间:

  • 如果后续的访问时间与第一次访问的时间在某个时间间隔内,那么该缓存页就不会被从 old 区域移动到 young 区域的头部
  • 如果后续的访问时间与第一次访问的时间不在某个时间间隔内,那么该缓存页移动到 young 区域的头部

这个间隔时间是由 innodb_old_blocks_time 控制的,默认是 1000 ms。也就说,只有同时满足「被访问」与「在 old 区域停留时间超过 1 秒」两个条件,才会被插入到 young 区域头部,这样就解决了 Buffer Pool 污染的问题 。另外,MySQL 针对 young 区域其实做了一个优化,为了防止 young 区域节点频繁移动到头部。young 区域前面 1/4 被访问不会移动到链表头部,只有后面的 3/4被访问了才会。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-647533.html

脏页什么时候会被刷入到磁盘

  • 当 redo log 日志满了的情况下,会主动触发脏页刷新到磁盘;
  • Buffer Pool 空间不足时,需要将一部分数据页淘汰掉,如果淘汰的是脏页,需要先将脏页同步到磁盘;
  • MySQL 认为空闲时,后台线程会定期将适量的脏页刷入到磁盘;
  • MySQL 正常关闭之前,会把所有的脏页刷入到磁盘;

到了这里,关于MySQL—缓存的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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