MySQL - Buffer Pool LRU机制

MySQL - Buffer Pool LRU机制,第1张

LRU机制在实际运行过程中,是会存在巨大的隐患的:

MySQL的预读机制带来的隐患:所谓的预读机制,就是当你从磁盘加载一个数据页的时候,可能会连带着把这个数据页相邻的其它数据页也加载到缓存里去。

例如,现在有两个空闲的缓存页,然后在加载一个数据页的时候,连带着把他的一个相邻的数据页也加载到缓存里了,正好每个数据页放入一个空闲的缓存页。但是实际上只有一个缓存页被访问了,另外一个通过预读机制被加载进来的缓存页,其实并没有人访问,但是此时这两个缓存页都是放在LRU链表的前面。这个时候没有空闲的缓存页,如果要加载新的数据,就要把LRU链表队尾的缓存页刷入磁盘,而不是无人访问的那个缓存页。

会触发预读机制的场景:

为了解决简单的LRU链表的问题,MySQL在设计LRU链表的时候,实际上采取的是冷热数据分离的思想;之前的问题都是因为所有缓存页都混在了一个LRU链表中导致的。

真正的LRU链表,会被拆分成热数据和冷数据两个部分,冷热数据的比例是由innodb_old_blocks_pct参数控制的,默认是37,也就是说冷数据占比为37%。这个时候,LRU链表实际上看起来是下面这个样子的:

数据页第一次被加载到缓存的时候,其实是被放在冷数据链表的头部,后面1秒之后,如果你再次访问这个缓存页,那这个缓存页会被移动到热数据链表的头部,这个时间是有innodb_old_blocks_time这个参数控制的,默认1000ms。

也就是说,必须是一个数据页被加载到缓存页之后,在1s之后,你访问这个缓存页,他才会被挪动到热数据区域的链表头部去。

因为假设你加载了一个数据页到缓存去,然后过了1s之后你还访问了这个缓存页,说明你后续很可能会经常访问它,这个时间限制就是1s,因此只有1s后你访问了这个缓存页,他才会给你把缓存页放到热数据区域链表的头部去。

预读机制以及全表扫描加载进来的一大堆缓存页,他们会放在哪里?肯定是放在LRU链表的冷数据区域的前面,假设这个时候热数据区域已经有很多被频繁访问的缓存页了,你会发现热数据区域还是存放被频繁访问的缓存页的,只要热数据区域有缓存页被访问,他还是会被移动到热数据区域的链表头部去。

所以此时预读机制和全表扫描加载进来的一大堆缓存页,此时都在冷数据区域里,跟热数据区域里的频繁访问的缓存页,没有关系。

如果仅仅是全表扫描的查询,此时你肯定是在1s内就把一大堆缓存页加载进来,然后访问了这些缓存页一下,通常这些 *** 作1s内就结束了,所以基于目前的一个机制,可以确定的是,那些缓存页是不会从冷数据区域转移到热数据区域的。

除非在冷数据区域的缓存页,在1s之后还被访问了,那么此时他们就会判定为未来可能会被频繁访问的缓存页,然后移动到热数据区域的链表头部去。

假设此时缓存页不够用了,需要淘汰一些缓存页,此时会怎样?

直接就是可以找到LRU链表中的冷数据区域的尾部的缓存页,他们肯定是之前被加载进来的,而且加载进来1s过后都没人访问过,说明这个缓存页压根儿就没人愿意去访问他,他就是冷数据。所以此时就直接淘汰冷数据区域的尾部的缓存页,刷入磁盘就可以了。

之前提到如果一个缓存页被访问了,就会把他移动到LRU链表的热数据区域首位,这么频繁的移动会导致性能不是很好。所以MySQL对LRU链表热数据区域的访问规则做了优化,只有在热数据区域的后3/4部分的缓存页被访问了,才会被移动到链表头部;链表前面1/4的缓冲页被访问,是不会被移动的。

首先,并不是在缓存页满的时候,才会挑选LRU冷数据区域尾部的几个缓存页刷入磁盘,而是有一个后台线程,每隔一段时间就会把LRU链表的冷数据区域尾部的一些缓存页刷入磁盘,然后清空这几个缓存页,并把他们加入到free链表中。

所以大家会发现,只要有这个后台线程定时运行,可能你的缓存页都还没有用完呢,就给你把一批冷数据的缓存页刷入磁盘,清空出来一批缓存页,那么你就多了一批可以使用的空闲缓存页了。

如果仅仅只是把LRU链表中的冷数据区域的缓存页刷入磁盘,明显是不够的;

LRU链表中的热数据区域里的很多缓存页可能会被频繁的修改,这些数据不可能永远放在内存中,后台线程会在MySQL不繁忙的时候,把flush链表中的缓存页都刷入磁盘中,这样,被修改过的数据就被刷入到磁盘文件中了。

只要flush链表中的一些缓存页被刷入磁盘,那这些缓存页也会从flush链表和lru链表中移除,然后加入到free链表中。

所以,一边不停的加载数据到缓存页中,不停的查询和修改缓存数据,然后free链表中的缓存页不停的在减少,flush链表中的缓存页不停的在增加,lru链表中的缓存页不停的在增加和移动。

另外一边,后台线程不停的把LRU链表的冷数据区域的缓存页及flush链表的缓存页刷入到磁盘,来清空缓存页,然后flush链表和LRU链表中的缓存页不停的在减少,free链表中的缓存页在不停的增加。

如果实在没有空闲的缓存页,那就会把LRU链表冷数据区域尾部的缓存页刷入磁盘,然后清空。

MySQL 5.5引入了缓冲实例作为减小内部锁争用来提高MySQL吞吐量的手段。在5.5版本这个对提升吞吐量帮助很小,然后在MySQL 5.6版本这个提升就非常大了,所以在MySQL5.5中你可能会保守地设置innodb_buffer_pool_instances=4,在MySQL 5.6和5.7中你可以设置为8-16个缓冲池实例。设置后观察会觉得性能提高不大,但在大多数高负载情况下,它应该会有不错的表现。对了,不要指望这个设置能减少你单个查询的响应时间。这个是在高并发负载的服务器上才看得出区别。比如多个线程同时做许多事情。

5.7、8.0 下INNODB_BUFFER_POOL_INSTANCES默认为1,若mysql存在高并发和高负载访问,设置为1则会造成大量线程对BUFFER_POOL的单实例互斥锁竞争,这样会消耗一定量的性能的。

pool_instances 可以设置为cpu核心数,它的作用是:

1)对于缓冲池在数千兆字节范围内的系统,通过减少争用不同线程对缓存页面进行读写的争用,将缓冲池划分为多个单独的实例可以提高并发性。可以类比为 java中的 ThreadLocal 线程本地变量 就是为每个线程维护一个buffer pool实例,这样就不用去争用同一个实例了。相当于减少高并发下mysql对INNODB_BUFFER缓冲池的争用。

2)使用散列函数将存储在缓冲池中或从缓冲池读取的每个页面随机分配给其中一个缓冲池实例。每个缓冲池管理自己的空闲列表, 刷新列表, LRU和连接到缓冲池的所有其他数据结构,并受其自己的缓冲池互斥量保护。

当内存数据页跟磁盘数据页内容不一致的时候,我们称这个内存页为“脏页”。内存数据写入到磁盘后,内存和磁盘上的数据页的内容就一致了,称为“干净页”。

不论是脏页还是干净页,都在内存中。

平时很快的更新 *** 作,都是在写内存和日志。

一条 SQL 语句,正常执行的时候特别快,但是有时也不知道怎么回事,它就会变得特别慢。

那这时候可能就是在刷脏页到磁盘中了~ flush

(1) InnoDB的redo log写满了。这时候系统会停止所有的更新 *** 作,然后让日志可以继续写。

把这部分数据日志都flush到磁盘上面。

(2) 也可能是系统内存不足,需要新的内存页,那么就淘汰一些内存页,空出来的给别的数据页使用。

先把脏页写到磁盘。

PS:使用内存是为了效率更好,

因为如果内存存在数据页,那么数据就一定正确,直接返回;

如果内存没有数据,才需要去磁盘中取,读入到内存,返回;

(3) MySQL 认为系统“空闲”的时候,反正闲着也是闲着hh

反正有机会就刷点数据

(4)MySQL 正常关闭。这时候,MySQL 会把内存的脏页都 flush 到磁盘上,这样下次 MySQL 启动的时候,就可以直接从磁盘上读数据,启动速度会很快。

3.1 如果是redo log写满了

尽量避免的。因为出现这种情况的时候,整个系统就不能再接受更新了,所有的更新都必须堵住。更新数为 0。

3.2 内存不够用了

常态,很正常。

3.3 buffer pool

因为innodb用的是buffer pool 管理内存,缓冲池中的内存页有三种状态:第一种是还没有使用的;第二种是使用了并且是干净页;第三种是使用了并且是脏页。

Innodb 的内存策略是尽量使用内存。

我觉得知道一下就好,这个脏页刷的快不快跟磁盘的能力有关。

可以通过innodb_io_capacity 这个参数设置磁盘能力。

InnoDB 的刷盘速度就是要参考这两个因素:一个是脏页比例,一个是 redo log 写盘速度。

平时要多关注脏页比例,不要让它经常接近 75%。

INNODB刷脏页,如果发现旁边也是脏页,那么会连带着一起刷掉。

所以可能会很慢,如果你的查询正好要先flush一个脏页的话。

在 InnoDB 中,innodb_flush_neighbors 参数就是用来控制这个行为的,值为 1 的时候会有上述的“连坐”机制,值为 0 时表示不找邻居,自己刷自己的。

找“邻居”这个优化在机械硬盘时代是很有意义的,可以减少很多随机 IO。机械硬盘的随机 IOPS 一般只有几百。

但是SSD 的IO很高,所以可以不用非要有刷写邻居的 *** 作,可以加快响应。

在 MySQL 8.0 中,innodb_flush_neighbors 参数的默认值已经是 0 了。

对比这个LSN跟checkpoint 的LSN,比checkpoint小的一定是干净页

也就是如果内存中比redolog的头部小,那么就是干净页

每个数据页有LSN,重做日志有LSN,checkpoint有LSN。

占用8字节,LSN主要用于发生crash时对数据进行recovery,LSN是一个一直递增的整型数字,表示事务写入到日志的字节总量。

LSN不仅只存在于重做日志中,在每个数据页头部也会有对应的LSN号,该LSN记录当前页最后一次修改的LSN号,用于在recovery时对比重做日志LSN号决定是否对该页进行恢复数据。前面说的checkpoint也是有LSN号记录的,LSN号串联起一个事务开始到恢复的过程。

感谢: https://www.cnblogs.com/drizzle-xu/p/9713378.html

我感觉就是可以理解为是一个long类型的数字,可以根据这个来比较要不要刷写数据,以及是不是干净页面,在恢复数据要拿这个进行比较。

缓存区域,缓存数据和索引在内存中。

innodb使用了一些链表。

lru链表:用来存储内存中的缓存数据。

free链表:用来存放所有的空闲页,每次需要数据页存储数据时,就首先检测free中有没有空闲的页来分配。

flush链表:在内存中被修改但还没有刷新到磁盘的数据页列表,就是所谓的脏页列表,内存中的数据跟对应的磁盘上的数据不一致,属于该列表的页面同样存在于lru列表中,但反之未必。

将脏页flush到磁盘上是直接将脏页数据覆盖到对应磁盘上的数据


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