InnoDB主要数据结构及调用流程

InnoDB主要数据结构及调用流程

InnoDB是MySQL中常用的数据引擎。本文将从源码级别对InnoDB重点数据结构和调用流程进行分析。

1. 主要数据结构（buf0buf.h）
   • Buf_pool
     

     Buf_pool是整个buffer系统中核心数据结构，数据库中所有的操作都会在这缓冲层得到体现。我们可以在配置文件中（InnoDB_buffer_pool_size）指定该缓冲池的大小。
     Buffer pool中又包含了多层数据结构：为了实现对buffer_pool的在线大小调整，引入了chunk数据结构；
     

   • Chunk
     
     在chunk数据结构是更具体的内存缓存，主要包含控制内存块的block结构。
      Block
     
     Block主要的数据结构是page和frame，这两个结构是用来存储硬盘上的数据库page的。当硬盘存储未使用压缩时，数据会被读取到frame中；当使用压缩后，会存储到page.zip中。
     Page结构必须要放在该结构体的第一个位置，方便以后使用指针时可以方便的在page和block间进行转换。
     例如：(buf_page_t *) buf_block_t *p
     可以得到一个类型为buf_page的指针

     

   • Page
     

     Page结构主要是存储硬盘上的文件，通过space和offset唯一对应到硬盘上的数据库文件；io_fix指出该page的类型（读或写）；Zip存储压缩过的page。

   • Buf_pool示意图
     
   • Io_threads
     在InnoDB内部，使用默认配置参数时，共有10个线程，其中：
     4个read线程，4个write线程，负责进行异步的读写操作。
     1个log write线程，负责将操作记录进日志文件
     1个srv_master线程，负责定时写数据到磁盘等工作。
     在InnoDB插件初始化时，会调用innobase_start_or_create_for_mysql，此函数将完成InnoDB存储引擎的初始化工作。创建io threads的部分在函数是
     os_thread_create(io_handler_thread, n + i, thread_ids + i)其中io_handler_thread是回调函数，主要是为每个后台线程分配任务
     for (i = 0;; i++) {
fil_aio_wait(segment);

     mutex_enter(&ios_mutex);
     ios++;
     mutex_exit(&ios_mutex);
     }
     fil_aio_wait中起主要作用的是os_aio_simulated_handle，该函数根据线程在InnoDB中的编号进行模拟的异步IO设置。
     segment = os_aio_get_array_and_local_segment(&array, global_segment);

     Aio 与 sync aio
     在mysql诞生时，Linux上还未出现AIO机制，于是InnoDB自己实现了一套异步io的框架。
     关于Linux aio的介绍，AIO first entered the Linux kernel in 2.5 and is now a standard feature of 2.6 production kernels. http://www.ibm.com/developerworks/linux/library/l-async/

     最近Innobase在innodb plugin中实现了真正的AIO机制。http://blogs.innodb.com/wp/2010/04/innodb-performance-aio-linux/ 我们会在以后的时间来介绍他。

   • Arrays
     • os_aio_read_array //异步读
     • os_aio_write_array //异步写
     • os_aio_ibuf_array //insert bufer
     • os_aio_log_array //日志array
     • os_aio_sync_array //同步io array
       在InnoDB中引入了sync aio，目标是为了在代码级别上与aio的形式保持一致。

     

     为了实现InnoDB的异步IO所引入的数组，系统中一共存在五类数组：

     当出现IO请求时，异步机制会将此请求插入其中一个插槽(slot)，并等待执行请求的信号；IO完毕，从该插槽中删除。

     

   • Segment
     在array中，segment被用作array的标识符，根据segment值可以得到array的种类。例如在默认的array数量下（4个read，4个write）3号表示read array
     

     

   • Slot
     

     存放异步读写请求的插槽。

2. 调用流程
   

   在InnoDB中，为了提高响应速度，有时需要立即返回数据，此时采用同步的读机制；而另一些对速度要求不是很高的情况下，例如预读取，InnoDB会采用异步读的方式来加载数据到内存。而在开启double write buffer写数据的情况下，InnoDB会先将数据写一遍到硬盘上某一块称之为double write buffer的区域，然后再在将来某时写到磁盘上，此时会根据系统的当前负载、当前内存中脏的页数有不同的延迟。

   异步读写时等待请求：
   

   当缓存块/文件读写完毕时，发出信号：
   fil_io() -> os_aio()->
os_aio_simulated_wake_handler_threads()->os_aio_simulated_wake_handler_thread->
os_event_set()->pthread_cond_broadcast()