InnoDB存储引擎

innoDB的各个版本对比

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innoDB的整体架构

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后台线程

• master thread

1.赋值将缓冲池中的数据异步刷到磁盘，保证数据的一致性。

2. 刷新脏页，合并插入缓冲，UNDO页的回收等

• IO tread

1.innodb采用AIO来处理写IO，而IO thread就是处理这些IO请求的回调

2.Io thread有：write，read，insert bufeer和log

3.可以通过innodb_read_io_threads和innodb_write_io_threads来设置read和write的线程数，insert bufeer和log固定为1个

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• purge thread

1.undo log用于存放事务提交前原始的数据，如果事务已经提交了，则undo可以通过purge thread回收

2.可以设置多个purge thread 回收undo 页

• page cleaner thread

1.将脏页的刷新操作都放入到page cleaner thread

内存

• 缓冲池

1.innodb中的记录按照页的方式进行管理。

2.将磁盘读到的页放在缓冲池，这个过程称为将页FIX在缓冲区

3.对页修改是先修改缓冲池的页，然后再以一定的频率刷新到磁盘上

4.页从缓存池刷新会磁盘的操作并不是每次页发生变更的时候，而是通过checkpoint机制

5.通过innodb_buffer_pool_size来设置和这个缓冲池大小

6.内存数据对象包含以下，其中缓冲池包含：数据页，插入缓冲，锁信息，索引页，自适应哈希索引，数据字典信息

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7.可以有多个缓冲池实例，每个页根据hash值平均分配到不同的缓冲池实例，这样就减少数据库内部资源竞争

8.innodb_buffer_pool_instances来设置多少个缓冲值实例。

• LRU List,Free List 和Flush List

1.LRU List,Free List 和Flush List这三个是用来管理缓冲池内容的方式

2.LRU最近最少使用方式，前端存放使用最频繁，最少使用存放尾部。最新读到的页面，将首先存放在尾部。（innodb做了优化，把最新的页存放在midpoint位置，默认是在LRU列表长度的5/8）

3.在innodb中把midpoint之后的称为old，之前的称为new。即new是最活跃的热点数据

4.设置innodb_old_blocks_time，来标识页读取到mid位置后需要等待多久才会被加入到LRU列表的热端

5.数据库刚启动LRU是空的，页都存放在Free列表中，我们获取页，优先从free中获取

6. LRU列表淘汰的末尾页，将该内存空间分配给新的页

7.当支持压缩页后，页变为 1KB,2KB,4KB和8KB，对于非16KB的页管理，通过unzip_LRU进行管理

8.我们正常得到的LRU页包含unzip_LRU

9.unzip_LRU分配页方法（比如想获取4KB）,首先检查4KB的unzip_LRU列表是否有可用的空闲页，没有的话检查8KB的列表，如果有则将8KB分成2个4KB，放入到4KB列表，若还是得不到则从16KB申请一个页，拆分成1个8KB的页，2个4KB的页，分别存放对应的unzip_LRU

10.在LRU列表中被修改的页，我们称之为脏页，通过checkPoint机制将脏页刷新会磁盘，flush列表就是脏页列表

11.脏页即存在于LRU也存在Flush列表（因为还需要使用）

• redo log buffer

1. innodb会将重做日志信息放入到这个缓冲区，然后以一定的频率将其刷新到重做日志文件（redo log file）

2.通过设置innodb_log_buffer_size设置这个redo log buffer

3.以下三种情况会将redo log buffer刷新到redo log file：master thread每秒钟会刷新，当事务提交时候，当重做buffer剩余空间大小小于一半

• 额外的内存池

checkpoint

• 1.为了避免在内存中脏页还未刷到磁盘，系统宕机导致数据都是，采用了write ahead log

• 2.write ahead log:即事务提交的时候，先写redo log file（即把redo log buffer 转化为文件）

• 3.如果redo log file 太大了会导致，数据库启动时候恢复需要很长时间，且成本太高

• 4.checkPoint：缩短数据库的恢复时间，缓冲池不够用时候将脏页刷新到磁盘，重做日志不可用的时候刷新脏页。

• 5.宕机之后，checkpont之前的页都已经刷新到磁盘，只需要对checkpoint后的重做日志进行恢复。

• 6.单缓冲池不够用，LRU会溢出最近最少使用的页溢出，若是脏页则会执行checkpoint，即将脏页刷新到磁盘

• 7.因为对重做日志都是循环使用的，当我们重做日志快用满了，这个时候如果还想使用重做日志，那么需要把内存中国对应的页给刷到磁盘，才可以覆盖那部分被刷到磁盘页对应的重做日志

• 8. checkpoint的类型:sharpCheckPoint
     ，Fuzzy CheckPoint.

• 9.sharpCheckPoint:发生在数据库关闭时候，将所有的脏页刷新回磁盘，这是默认的工作方式，通过参数innodb_fast_shutdown=1

• 10.Fuzzy CheckPoint.:master thread checkPoint，FLUSH_LRU_LIST checkPoint,Async/Sync flush check point，Dirty Page too much check point

• 11. master thread checkPoint：每个一段时间刷新一定比例，是异步操作。

• 12.FLUSH_LRU_LIST checkPoint:被移除LRU列表的脏页会被回收.通过page cleaner thread 去操作

• 13.Async/Sync flush check point:只重做日志不可用，这时候强制将一些页刷新回到磁盘，放入到page cleaner thread 中操作

• 14. Dirty Page too much check point:强制刷新一部分脏页到磁盘

masterThread的工作方式

• 最初该线程内部又多个loop组成，loop，background loop，flush loop，suspend loop

• loop 分为 每秒操作和每十秒操作，

• loop 每秒操作：日志缓冲刷新到磁盘，即时事务还没提交（总是），合并插入缓冲（可能），至多刷新100个脏页到磁盘（可能），如果当前没有事务提交，则契合到backgroup loop

• loop 每十秒操作：刷新100个脏页（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（总是），刷新100个或者10个脏页到磁盘

• background loop：数据库空闲，或者关闭，就会切换到这个循环。

• background loop：删除无用的undo（总是），合并20个插入缓冲（总是），调到主循环（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）

• 如果flsuh loop 没有脏页要刷新，则会切换到suspend_loop，将master thread 挂起

• 之后的改革就是 合并插入缓冲时候，合并插入缓冲的数量是 innodb_io_capacity的5%，从缓冲区刷新脏页的数量就是innodb_io_capacity

• 剔除了innodb_adaptive_flushing ，用来判断每次刷新多少脏页

• 把 刷新脏页的操作转移给page cleaner thread

innodb关键特性

• 插入缓冲：其是物理页的一部分，不是缓冲区的一个部分，对于插入或者更新的时候，先判断对应的非聚集索引页是否在缓冲池，若是在直接插入，不在的话则先放入到一个insert buffer中，然后在以一定的频率和情况进行insert buffer和辅助索引的叶子结点的merge。需要索引不是唯一且是辅助索引。以后的change buffer 作用与insert buffer一样只是还可以作用于delete等

• 我们每次删除记录都是现将记录标识位已删除，然后再真正删除

• 两次写：如果数据写到页，写了一半发生宕机，那么这个页就是被损坏，如果通过redo log无法对其redo 因为redo log 是对页进行物理操作，,写入发生失效，我们先通过页的副本替换页，然后在进行重做。这就是double write

• double write包含double write buffer 为2M，还有磁盘上128个连续页，大小同样为2M。在对缓冲池的脏页进行刷新时候，并不直接写盘，而是先将脏页数据复制到内存中double write buffer ，然后double write 分为2次 1m的去写，直接同步到磁盘。因为double write的页是连续的所以开销不大，然后我们在将double write buffer 写入各个表空间

• 我们在恢复空间只需要将double write 页中的数据直接复制到表空间文件，在应用重做日志

  
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• redo 是物理和逻辑日志的结合，每次记录哪个页，发生了什么操作，当我们页被污染了，这个时候再去写，很有可能造成数据不一致。所以需要换一个新的页

• 为啥redo 不需要 doubble write

• 这个博客记录了 为啥我们同时需要double write和redo ：https://www.cnblogs.com/geaozhang/p/7241744.html

• 自适应哈希索引：innodb观察到如果给表加上hash索引可以提高速度，即对热点查询建立自适应hash，

• 异步io：read ahead和脏页的刷新都是依靠AIO

• 刷新邻接页：刷新一个脏页，发现这个页所在去的所有页，如果是脏页，那么久一起进行刷新，这样的好处是通过AIO将多个IO写入合并为一个

• 对于不怎么脏的脏页 也刷新了，或者固态硬盘不需要。所以可以关闭

启动，关闭与恢复