mysql innodb架构分析

前言

数据库的持久化数据，是通过磁盘存储的。那么每次sql检索假如都去磁盘获取，明显性能会比较慢，期间是不是做了很多优化，既能高效的完成sql的检索更新，也能实现数据的持久化，接下来将探讨这样一个过程。

一、缓冲池（Buffer Pool）

1、Buffer Pool 基本概念

缓冲池是主内存中的一个区域，在 InnoDB 访问时缓存表和索引数据。缓冲池允许直接从内存访问频繁使用的数据，从而加快处理速度。

无缓冲池的时候

有缓冲池的时候

一条sql的数据交互如下
假设我们进行数据查询,
1、select * from user where id in (1,2,3);
2、去bufferpool中查看1、2、3 所在的page页是否存在
3、存在，直接返回
4、不存在，根据1、2、3的数据所在的page页，去磁盘加载，加载完后保存到内存，返回
5、select * from user where id in (1);
6、在buffer pool中查询，发现存在，直接返回

磁盘I/O相对内存来说是非常慢的，特别是磁盘的随机读操作，产生的I/O次数更多，引入buffer pool减少了磁盘的I/O，提升了很大一部分性能。

如果是修改数据，修改 Buffer Pool 中对应的数据后，会放入一块特定区域中，由 MySQl 后台线程将这特定区域的数据写入磁盘，完成持久化，这一块特定的区域叫脏链，后面会详细介绍。

对于操作系统来说，当磁盘上的一块数据被读取的时候，很有可能它附近的位置也会马上被读取到，这个就叫做局部性原理。那么这样，我们干脆每次多读取一点，而不是用多少读多少，这样能提升很大一部分性能，同时它也叫做预读取。
buffer pool也参照了这个模式，每次读取的时候，会多加载一些数据到buffer pool中，以空间换取时间，达到快速响应的机制。

2、Buffer Pool 预读机制

学习预读机制，需要先了解数据在mysql中的存储结构

• 表空间（Tablespace）：表空间又分为很多的类型，比如系统表空间、通用表空间、独立表空间、临时表空间
  • 系统表空间：系统表空间可以有1个或者多个数据文件，默认情况下，在data目录中创建一个名为ibdata1的系统表空间数据文件。系统表空间数据文件的大小和数量由innodb_data_file_path启动选项定义
  • 独立文件表空间：独立文件表空间包含单个InnoDB表的数据和索引，并存储在文件系统中的单个数据文件中。
  • 临时表空间：在我们的sql中，可能会用到临时表的逻辑，就是在会话中创建一个表供会话使用，会话关闭后，表失效
  • 通用表空间：通用表空间是能够为多个表存储数据的共享表空间。但是这个空间可以自己进行维护管理。

每个表空间都是由相同大小的page页来组成的，默认page页的大小为16KB；也可以根据innodb_page_size来设定页的大小。page又不是直接放在表空间的，而是会用其他的一些数据结构来封装，目的是为了提高数据磁盘的扩展性，管理空间分配与性能以及利于磁盘的分配，于是诞生了segement、extent。

• 段（Segment）：Segment 由一个或多个 Extent 组成，在 Segment 中不要求区与区之间是相邻的。段是数据库中的分配单位，不同类型的数据库对象以不同的段形式存在。当创建数据表、索引的时候，就会相应创建对应的段，比如创建一张表时会创建一个表段，创建一个索引时会创建一个索引段。
• 区（Extent）：64个相邻的 Page 称为一个 Extent。默认情况下 Extent 大小为 16kb * 64 = 1024kb = 1MB。
• 页（Page）：为 InnoDB 存储引擎磁盘管理的最小单元，每页大小默认为 16kb。
• 行（Row）：数据行，存储一条数据的基本单位

由此可以得出存储结构图

InnoDB 使用两种预读算法来减少磁盘I/O，提高系统性能，默认采用线性预读：

• 线性预读 linear read-ahead：线性预读是MySQL InnoDB存储引擎的一种优化技术，当顺序访问一个区里的多个数据页时，如果访问的数据页数量超过了配置参数innodb_read_ahead_threshold的阈值（默认值为56），则触发线性预读机制

SELECT @@innodb_read_ahead_threshold;  -- 默认为56  可以配置0-64，因为一个extent为64个页

• 随机预读 random read-ahead：如果在缓冲池中发现来自同一区段的13个连续页面，则InnoDB会异步预取这些页面。随机预读能够尽可能地预先加载下一个可能需要的数据块，即使这些数据块不是顺序存储的

3、Buffer Pool free链