MySQL Study之--MySQL体系结构深入解析

MySQL体系架构

    由连接池组件、管理服务和工具组件、sql接口组件、查询分析器组件、优化器组件、缓冲组件、插件式存储引擎、物理文件组成。mysql是独有的插件式体系结构,各个存储引擎有自己的特点。

MySQL内存结构：

Mysql 进程结构

Mysql不像oracle那样是通过多进程来完成其功能的。默认情况下，InnoDB存储引擎的后台线程有7个：

4个IO thread，

1个master thread，

1个锁（lock）监控线程，

1个错误监控线程；

在InnoDB Plugin版本开始增加了默认IO thread的数量，默认的read thread和write thread分别增大到了4个，并且不再使用innodb_file_ io_threads参数，而是分别使用innodb_read_io_threads和innodb_write_io_threads参数。

查看mysql thread：

2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96

   mysql> show engine innodb status;</span></strong>   =====================================   150709  15 : 26 : 40  INNODB MONITOR OUTPUT   =====================================   Per second averages calculated  from  thelast  12  seconds   -----------------   BACKGROUND THREAD   -----------------   srv_master_thread loops:  0  srv_active, 0srv_shutdown,  804  srv_idle   srv_master_thread log flush  and  writes:  804   ----------   SEMAPHORES   ----------   OS WAIT ARRAY INFO: reservation count  2   OS WAIT ARRAY INFO: signal count  2   Mutex spin waits  0 , rounds  0 , OS waits  0   RW-shared spins  2 , rounds  60 , OS waits  2   RW-excl spins  0 , rounds  0 , OS waits  0   Spin rounds per wait:  0.00  mutex,  30. 00RW-shared,  0.00  RW-excl   ------------   TRANSACTIONS   ------------   Trx id counter  5377   Purge done  for  trx's n:o <  4872  undo n:o<  0   History list length  1   LIST OF TRANSACTIONS FOR EACH SESSION:   ---TRANSACTION  0 ,  not  started   MySQL thread id  3 , OS thread handle 0x7f1656c75700 , query id  5  localhost root  init   show engine innodb status   --------   FILE I/O   --------   <strong>I/O thread  0  state: waiting  for  completedaio requests ( insert  buffer thread)   I/O thread  1  state: waiting  for  completedaio requests (log thread)   I/O thread  2  state: waiting  for  completedaio requests (read thread)   I/O thread  3  state: waiting  for  completedaio requests (read thread)   I/O thread  4  state: waiting  for  completedaio requests (read thread)   I/O thread  5  state: waiting  for  completedaio requests (read thread)   I/O thread  6  state: waiting  for  completedaio requests (write thread)   I/O thread  7  state: waiting  for  completedaio requests (write thread)   I/O thread  8  state: waiting  for  completedaio requests (write thread)   I/O thread  9  state: waiting  for  completedaio requests (write thread)   Pending normal aio reads:  0  [ 0 ,  0 ,  0 ,  0 ] ,aio writes:  0  [ 0 ,  0 ,  0 ,  0 ] ,</strong>     ibufaio reads:  0 , log i/o 's: 0, sync i/o' s:  0   Pending flushes (fsync) log:  0 ; bufferpool:  0   283  OS file reads,  5  OS file writes,  5  OSfsyncs   0.00  reads/s,  0  avg bytes/read,  0. 00writes/s,  0.00  fsyncs/s   -------------------------------------   INSERT BUFFER AND ADAPTIVE HASH INDEX   -------------------------------------   Ibuf: size  1 , free list len  0 , seg size  2 , 0  merges   merged operations:     insert  0 ,  delete  mark  0 ,  delete  0   discarded operations:     insert  0 ,  delete  mark  0 ,  delete  0   Hash table size  276707 , node heap has 0buffer(s)   0.00  hash searches/s,  0.00  non-hashsearches/s   ---   LOG   ---   Log sequence number  1611537   Log flushed up to    1611537   Pages flushed up to  1611537   Last checkpoint  at   1611537   0  pending log writes,  0  pending chkp writes   8  log i/o 's done, 0.00 log i/o' s/second   ----------------------   BUFFER POOL AND MEMORY   ----------------------   Total memory allocated  137363456 ; inadditional pool allocated  0   Dictionary memory allocated  39010   Buffer pool size    8192   Free buffers        8040   Database pages      152   Old database pages  0   Modified db pages   0   Pending reads  0   Pending writes: LRU  0 , flush list  0  singlepage  0   Pages made young  0 ,  not  young  0   0.00  youngs/s,  0.00  non-youngs/s   Pages read  152 , created  0 , written  1   0.00  reads/s,  0.00  creates/s,  0.00  writes/s   No buffer pool page gets since the lastprintout   Pages read ahead  0.00 /s, evicted withoutaccess  0.00 /s, Random read ahead  0.00 /s   LRU len:  152 , unzip_LRU len:  0   I/O sum[ 0 ]:cur[ 0 ], unzip sum[ 0 ]:cur[ 0 ]   --------------   ROW OPERATIONS   --------------   0  queries inside InnoDB,  0  queries  in  queue   0  read views open inside InnoDB   Main thread process no.  2461 , id139733873489664, state: sleeping   Number  of rows inserted  0 , updated  0 ,deleted  0 , read  0   0.00  inserts/s,  0.00  updates/s,  0. 00deletes/s,  0.00  reads/s   ----------------------------   END OF INNODB MONITOR OUTPUT

3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

   [root@mysrv ~]# mysql -u root -p   Enter password:   Welcome to the MySQL monitor.  Commands end  with  ;  or  \g.   Your MySQL connection id is  3   Server version:  5.6. 4 -m7-log Sourcedistribution        Copyright (c)  2000 ,  2011 , Oracle  and / or  itsaffiliates. All rights reserved.        Oracle is a registered trademark of OracleCorporation  and / or  its   affiliates. Other names may be trademarksof their respective   owners.        Type  'help;'  or  '\h'  for  help. Type  '\c'  toclear the current input statement.        <strong><span style= "font-size:14px;" >mysql> show variables like 'innodb_%io%' ;</span></strong>   +---------------------------------+---------+   | Variable_name                   | Value   |   +---------------------------------+---------+   | innodb_additional_mem_pool_size |  8388608 |   | innodb_io_capacity              |  200      |   | innodb_read_io_threads          |  4        |   | innodb_replication_delay        |  0        |   | innodb_use_native_aio           | ON      |   | innodb_version                  |  1.2. 4    |   | innodb_write_io_threads         |  4        |   +---------------------------------+---------+   7  rows  in  set ( 0.01  sec)

后台线程主要作用有三个：

1. 刷新内存池中的数据，保证缓冲池中的内存缓存的是最近的数据

2. 将修改的数据文件刷新到磁盘文件

3. 在数据库发生异常情况下，保证InnoDB能恢复到正常运行状态

    master thread的线程优先级别最高。其内部由几个循环（loop）组成：主循环（loop）、后台循环（backgroundloop）、刷新循环（flush loop）、暂停循环（suspend loop）。master thread会根据数据库运行的状态在loop、background loop、 flush loop和suspend loop中进行切换。loop称为主循环，因为大多数的操作都在这个循环中，其中有两大部分操作：每秒钟的操作和每10秒的操作.

    Loop为主循环，如果没有用户活动，就切换到backgroundloop中，然后跳转会loop，如果还需要flush刷新，那就转到flush loop，如果在flush loop中也空闲，那就切换到suspend loop中，将master thread挂起等待事件的发生。

Mysql 进程结构

Loop：

每秒一次的操作包括：

   日志缓冲刷新到磁盘，即使这个事务还没有提交（总是）。

   合并插入缓冲（可能）。

   至多刷新100个InnoDB的缓冲池中的脏页到磁盘（可能）。

   如果当前没有用户活动，切换到background loop（可能）。

接着来看每10秒的操作，包括如下内容：

   刷新100个脏页到磁盘（可能）。

   合并至多5个插入缓冲（总是）。

   将日志缓冲刷新到磁盘（总是）。

   删除无用的Undo页（总是）。

   刷新100个或者10%脏页到磁盘（总是）。

   产生一个检查点（总是）。

Background loop会执行以下操作

   删除无用的Undo页（总是）。

   合并20个插入缓冲（总是）。

   跳回到主循环（总是）。

   不断刷新100个页，直到符合条件（可能，跳转到flush loop中完成）。

Mysql进程结构--控制磁盘io的参数

  innodb_io_capacity

  用来表示磁盘IO的吞吐量，默认值为200。对于刷新到磁盘的数量（脏缓冲），会按照innodb_io_capacity的百分比来刷新相对数量的页

  在合并插入缓冲时，合并插入缓冲的数量为innodb_io_capacity数值的5%。

  在从缓冲区刷新脏页时，刷新脏页的数量为innodb_io_capacity。

  innodb_max_dirty_pages_pct

    默认值为75%。加快脏页刷新频率，减少恢复时间，也可保证磁盘IO负载。

  innodb_adaptive_flushing：

  在innodbplugin中。该值影响每1秒刷新脏页的数量。原来的刷新规则是：如果脏页在缓冲池所占的比例小于innodb_max_dirty_pages_pct时，不刷新脏页。大于innodb_max_dirty_pages_pct时，刷新100个脏页，而innodb_adaptive_flushing参数的引入，InnoDB存储引擎会通过一个名为buf_flush_get_desired_flush_rate的函数判断产生重做日志的速度来判断最合适的刷新脏页的数量。因此，当脏页的比例小于innodb_max_dirty_pages_pct时，也会刷新一定量的脏页。

  还有两个和mysql启动和关闭有关的参数

  innodb_fast_shutdown

  这个参数影响着innodb表的行为，该参数可设置为0，1，2

  0: 表示当MySQL关闭时，InnoDB需要完成所有的full purge和merge insert buffer操作。耗时

     比较长。

  1: 是默认值。表示不需要完成full purge和merge insert buffer操作，但是在缓冲池中的一

     些数据脏页会刷新到磁盘。

  2: 表示不完成full purge和merge insert buffer操作，也不将缓冲池中的数据脏页写回到磁

     盘，而是将日志写入到日志文件。MySQL下次启动时，会执行恢复操作。

  innodb_force_recovery

      影响InnoDB的恢复状况。默认为0，表示需恢复时执行所有的恢复操作。若不能有效恢复，则MySQL有可能宕机，错误信息会被写入错误日志文件。还有 1~6等不同值，根据

  需要可以设置。

  0 :正常的关闭和启动，不会做任何强迫恢复操作；

  1 :跳过错误页，让mysqld服务继续运行。跳过错误索引记录和存储页，可以执行备份操作

  2 :阻止InnoDB的主线程运行。清理操作时出现mysqld服务崩溃，则会阻止数据恢复操作；

  3 :恢复的时候，不进行事务回滚；

  4 :阻止INSERT缓冲区的合并操作。不做合并操作，为防止出现mysqld服务崩溃。不计算表的统计信息

  5 :mysqld服务启动的时候不检查回滚日志：InnoDB引擎对待每个不确定的事务就像提交的事务一样；

  6 :不做事务日志前滚恢复操作；

Mysql内存结构—buffer pool

    InnoDB存储引擎内存主要由几个部分组成：缓冲池（bufferpool）、重做日志缓冲池（redo log buffer）以及额外的内存池（additional memory pool）

缓冲池是占内存最大的部分，用来存放各种数据的缓存。因为InnoDB的存储引擎的工作方式总是将数据库文件按页（每页16K）读取到缓冲池，然后按最近最少使用（LRU）的算法来保留在缓冲池中的缓存数据。如果数据库文件需要修改，总是首先修改在缓存池中的页（发生修改后，该页即为脏页），然后再按照一定的频率将缓冲池的脏页刷新（flush）到文件。

buffer pool是通过三种list来管理的：

1) free list

2) lru list

3) flush list

buffer pool中的最小单位是page，在innodb中定义三种page

1) free page :此page未被使用，此种类型page位于free链表中

2) clean page:此page被使用，对应数据文件中的一个页面，但是页面没有被修改，此种类型

  page位于lru链表中

3) dirty page:此page被使用，对应数据文件中的一个页面，但是页面被修改过，此种类型page

   位于lru链表和flush链表中

插入缓冲：

      不是缓冲池的一部分，InsertBuffer是物理页的一个组成部分,它带来InnoDB性能的提高。根据B+算法(下文会提到)的特点，插入数据的时候会主键索引是顺序的，不会造成数据库的随机读取，而对于非聚集索引(即辅助索引)，叶子节点的插入不再是顺序的了，这时需要离散地访问非聚集索引，插入性能在这里变低了。InnoDB引入插入缓冲，判断非聚集索引页是否在缓冲池中，如果在则直接插入;不在，则先放在插入缓冲区中。然后根据上述master thread中介绍的，会有一定的频率将插入缓冲合并。此外，辅助索引不能是唯一的，因为插入到插入缓冲时，并不去查找索引页的情况，否则仍然会造成随机读，失去插入缓冲的意义了。插入缓冲可能会占缓冲池中内存，默认也能会占到1/2，所以可以将这个值调小点，到1/3。通过IBUF_POOL_SIZE_PER_MAX_SIZE来设置，2表示1/2,3表示1/3。

两次写： 

     它带来InnoDB数据的可靠性。如果写失效，可以通过重做日志进行恢复，但是重做日志中记录的是对页的物理操作，如果页本身损坏，再对其进行重做是没有意义的。所以，在应用重做日志前，需要一个页的副本，当写入失效发生时，先通过页的副本来还原该页，再进行重做，这就是doublewire。
恢复数据=页副本+重做日志 

Mysql内存结构—log buffer与管理池

日志缓冲：

     日志缓冲将重做日志信息先放入这个缓冲区，然后按一定频率将其刷新到重做日志文件。该值一般不需要设置为很大，因为一般情况下每一秒钟就会将重做日志缓冲刷新到日志文件，因此我们只需要保证每秒产生的事务量在这个缓冲大小之内即可。

额外的内存池：

      额外的内存池同样十分重要。在InnoDB存储引擎中，对内存的管理是通过一种称为内存堆（heap）的方式进行的，他是用于缓存InnoDB引擎的数据字典信息和内部数据结构，在对一些数据结构本身分配内存时，需要从额外的内存池中申请，当该区域的内存不够时，会从缓冲池中申请，若是mysqld服务上的表对象数量较多，InnoDB引擎数据量很大，且innodb_buffer_pool_size的值设置较大，则应该适当地调整innodb_additional_mem_pool_size的值。若是出现缓存区的内存不足，则会直接向操作系统申请内存分配，并且会向MySQL的error log文件写入警告信息。

binlog和redolog区别：

1) binary log,会记录所有与MySQL有关的日志记录,包括 Innodb、MyISAM、Heap等其他存储引

    擎的日志而 innodb存储引擎的重做日志(redolog),只记录有关其本身的事务日志   

    
2) 记录内容不同：
      binary log:不管你将二进制日志文件的记录格式设置为STATEMENT，还是ROW,又或是

                 MIXED, 其记录的都是关于一个事务的具体操作内容.
      redo log:  记录innodb 每个页的更改的物理情况

3）写入时间不同：
      binary log：事务提交前进行记录
      redo log ：事物进行过程中，不断写入。