InnoDB体系架构（二）内存

InnoDB体系架构（二）内存

　　上篇文章 InnoDB体系架构（一）后台线程 介绍了MySQL InnoDB存储引擎后台线程：Master Thread、IO Thread、Purge Thread、Page Cleaner Thread 四种。

　　这篇文章将介绍 InnoDB体系架构中的内存，主要有四小结分别为：缓冲池、缓冲池的管理、重做日志缓冲、额外内存缓冲。

　　以下图为InnoDB存储引擎的内存结构。

　　 　　

一、缓冲池

　　InnoDB存储引擎是基于磁盘存储的，按照页的方式进行管理的，理解为基于磁盘的数据库系统。在数据库系统中，由于CPU（快）与磁盘（慢）数据之间的差异，通常使用缓冲池技术来提高数据库的整体性能。

　　在数据库进行读取时，首先将磁盘读到的页放入缓冲池中，在下次读取相同页时候，如果该页存在于缓冲池，则优先读取。

　　对于数据库中页的修改操作，首先先操作缓冲池中的页，然后再通过一种名为Checkpoint的机制 按照一定的频率刷新到磁盘中。

查看InnoDB存储引擎缓冲池可以通过:
show variables like 'innodb_buffer_pool_size'\G

　　自InnoDB1.0+开始，缓冲池有多个，为了减少数据库内部的资源竞争，通过设置 innodb_buffer_pool_instance 来设置缓冲池数量。

二、缓冲池管理（LRU List、Free List 和 Flush List）

　　1. LRU List

　　上面说到缓冲池是一个内存区域，里面存放了各种类型的页，那么是如何管理的呢？

　　InnoDB存储引擎的缓冲池是通过LRU算法来进行管理的，即最频繁使用的页在LRU列表的前端，最少使用的页在LRU列表的尾端。

　　缓冲池中页的大小默认为16KB，与普通的LRU算法稍有不同的是，InnoDB使用LRU算法进行管理时加入了 midpoint（默认将新读取到的页存放到列表长度为5/8出）可以通过innodb_old_blocks_pct控制。为什么这么做呢？ 主要是为了防止某些SQL操作，可能会访问大量的页（超过了原本LRU列表的数量）从而原本热点数据被移除，引起性能问题。

　　至于mid中的数据多久会加入到LRU的热端呢？ 可以通过 set global innodb_old_blocks_time=1000  进行设置。

　　2. Free List

　　在数据库刚启动的时候，LRU是空的（没有页），这时候页都存放在一个叫Free List中，当需要从缓冲池中分页时，会从Free列表中查找可用的空闲页，若有，将页从Free List中删除，放入LRU List中，否则根据LRU List 淘汰算法，淘汰LRU List的末尾页。

　　InnoDB1.0+开始支持压缩页功能，将原本16KB的页压缩为1KB、2KB、4KB、8KB。对于非16KB的页，通过unzip_LRU列表进行管理。 其中LRU列表包含了uzip_LRU列表。

　　如果需要从缓冲池中申请页大小为4KB的页时，有以下步骤：

　　1) 检查4KB的unzip_LRU 列表是否有空闲页

　　2) 有，则使用。

　　3) 否则，检查8KB的unzip_LRU 列表

　　4) 有则将页分为 2个 4KB的页，存放到4KB的unzip_LRU列表中。

　　5) 若不能是，则拆16KB的。

　　3. Flush List

　　在LRU列表中页被修改后，该页被称为了脏页，因为缓冲池中的页和磁盘页数据不一致，这时候数据库会通过Checkpoint机制将脏页刷新到磁盘。脏页存在于LRU和Flush列表中，LRU列表用来管理缓冲池中页到可用性，FLush列表用来管理将页刷新回磁盘，两者互不影响。

三、重做日志缓冲

　　InnoDB存储引擎会首先将重做日志缓冲放到重做日志缓冲区，然后按照一定频率刷新到重做日志文件。一般默认8M（满足绝大部分应用）

　　以下三种情况都会将重做日志缓冲刷新到日志文件中：

　　1）Master Thread 每秒刷新一次至日志文件中；

　　2）每个事务提交会将重做日志缓冲刷新到重做日志文件中。

　　3）当重做日志缓冲剩余空间小于1/2时。

四、额外的内存池

　　 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。在对一些数据结构本身的内存进行分配时，需要从额外的内存池中进行申请，当该区域的内存不够时，需要从缓冲池中申请。

　　例如L:分配了缓冲池，但是每个缓冲池中的帧缓冲(frame buffer)还有对应的缓冲控制对象(buffer control block)，这些记录了一些诸如LRU、锁、等待等信息，而这个对象的内存就需要从额外内存池中申请。因此在申请了很大的缓冲池是也要考虑相应增加这个值。