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Innodb體系結構

• Innodb存儲引擎主要包括內存池以及后臺線程。

• 內存池：多個內存塊組成一個內存池，主要維護進程/線程的內部數據、緩存磁盤數據，修改文件前先修改內存、redo log

• 后臺線程：刷新內存池中的額

內存

緩沖池

• Innodb的數據以頁的形式存儲在磁盤，因此采用內存作為緩存頁數據。

• 讀頁數據時，先將磁盤上的頁數據“FIX”到緩沖池，下次讀即可直接從緩沖池中讀。

• 修改數據時，先修改緩沖池中的頁數據，然后刷新到磁盤，并不是每次都刷新而是通過Checkpoint機制刷新到磁盤。

• 數據頁類型：索引頁、數據頁、undo頁、插入緩沖(insert buffer)、自適應哈希索引、鎖信息、數據字典信息等

• 緩存池通過LRU算法管理。

LRU、Free List、Flush List

• 普通LRU：最頻繁的處于列表前端，最少使用處于尾端，先釋放列表尾端的頁。

• Innodb LRU：在LRU隊列中加入midpoint位置，默認值5/8，表示新讀取的頁加入到列表的5/8位置。midpoint之后列表成為old表，之前稱為new表。即列表尾端到表尾37%為old表，其余為new表。new表存放活躍數據。

• Free List：數據庫啟動時LRU表為空，頁均存放在Free List中。需要使用時從該表中獲取。

• Flush List管理緩存中被修改過的頁。

• unzip_LRU，壓縮頁大小為1、2、4、8KB，其還是屬于LRU管理。unzip_LRU對不同大小頁分開管理，采用伙伴算法分配內存。

redo log buffer

redo log先都寫入該buffer，而后按一定頻率刷新到磁盤（1s/次），默認8M。其刷到磁盤主要一下幾個情況：

1. Master Thread每秒執行一次。

2. 事物提交時。

3. redo log buffer剩余空間小于1/2。

額外的內存池

對一些數據結構本身的內存分配是從額外內存池分配。

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線程

Master Thread

負責將緩存池中的數據異步刷新到磁盤，包括臟頁。合并插入緩存（INSERT BUFFER）、UNDO頁的回收等。

IO Thread

Innodb中大量使用AIO處理寫請求，IO Thread則主要處理這些請求的回調，包括write、read、insert buffer和log IO Thread。

Purge Thread

主要用來回收undo log，Innodb1.1之前由Master Thread負責。

Page Cleaner Thread

清理已提交事物的UNDO log。

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Checkpoint

事務型數據庫一般采用Write Ahead Log策略，當事物提交時先寫redo log而后修改內存中的頁。當數據庫宕機對于還未寫入磁盤的修改數據可以通過redo log恢復。Checkpoint作用在于保證該點之前的所有修改的頁均已刷新到磁盤，這之前的redo log在恢復數據時可以不需要了。

Sharp Checkpoint

發生在數據庫關閉時，將所有臟頁寫入磁盤，數據庫運行時一般不使用。

Fuzzy Checkpoint

只刷新部分部分臟頁。

1. Master Thread Checkpoint：Master Thread異步已一定頻率刷新一定比例臟頁。

2. Flush_LRU_LIST Checkpoint：為了保證LRU中有一定數量的空閑頁，Page Clear Thread將對LRU中尾端頁進行移除，如果存在臟頁則做刷新。

3. Async/Sync Flush Checkpoint：為了保證redo log循環使用（覆蓋），對于需要將redo文件中不可用的臟頁進行刷新到磁盤。

4. Dirty Page too much Checkpoint：臟頁數量太多。

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Master Thread工作方式

Innodb 1.2.x之前

主要包括主loop、background loop、flush loop和suspend loop。其中的參數可以配置。

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

while(true){     //差不多1s一次     for(int i in 0..9){         刷新日志緩存到磁盤         //1s內的統計值         if IO < 5             合并插入緩存         if 臟頁比例 > 預定值             刷新部分臟頁（不超過100）         if  沒有用戶活動             進入background loop{                 刪除無用undo頁                 合并20個插入緩沖                 可能跳到flush loop{                     可能跳到suspend loop                 }                 跳回主loop             }         sleep 1s;     }     //差不多10s一次     if IO < 200 //10s內         刷新100個臟頁到磁盤     合并最多5個插入緩沖     刷新日志緩沖     刪除無用undo     刷新100或10個臟頁 }

Innodb 1.2.x

Master Thread中的臟頁刷新功能完全由Page Cleaner Thread執行。

+ View Code

nnodb關鍵特性

插入緩沖

• 當插入數據需要更新非聚集索引時，如果每次都更新則需要進行多次隨機IO，因此將這些值寫入緩沖對相同頁的進行合并提高IO性能。

• 插入非聚集索引時，先判斷該索引頁是否在緩沖池中，在則直接插入。否則寫入到Insert Buffer對象。

• 條件：二級索引，索引不能是unique(因為如果是unique則必須保證唯一性，此時得檢查所有索引頁，還是隨機IO了)

• Change Buffer：包括Insert Buffer、Delete Buffer、Purge Buffer，update操作包括將記錄標記為已刪除和真正將記錄刪除兩個過程，對應后兩個Buffer。

• Insert Buffer內部是一顆B+樹

• Merge Insert Buffer三種情況：

1. 對應的索引頁被讀入緩沖池。

2. 對應的索引頁的可用空間小于1/32，則強制進行合并。

3. Master Thread中的合并插入緩沖。

兩次寫

在對臟頁刷新到磁盤時，如果某一頁還沒寫完就宕機，此時該頁數據已經混亂無法通過redo實現恢復。innodb提供了doublewrite機制，其刷新臟頁步驟如下：

1 2 3

1. 先將臟頁數據復制到doublewrite buffer中（2MB內存） 2. 將doublewrite buffer分兩次，每次1MB寫入到doublewrite磁盤（2MB）中。 3. 馬上同步臟頁數據到磁盤。對于數據混亂的頁則可以從doublewrite中讀取到，該頁寫到共享表空間。

自適應哈希索引

InnoDB存儲引擎會監控對表上索引的查找，如果觀察到建立哈希索引可以帶來速度的提升，則建立哈希索引，所以稱之為自適應（adaptive） 的。自適應哈希索引通過緩沖池的B+樹構造而來，因此建立的速度很快。而且不需要將整個表都建哈希索引，InnoDB存儲引擎會自動根據訪問的頻率和模式 來為某些頁建立哈希索引。

異步IO

linux和windows中提供異步IO，其可以對連續的頁做合并連續頁的IO操作使隨機IO變順序IO。

刷新鄰接頁

刷新頁時判斷相鄰頁是否也是臟頁。

網站標題：MysqlInnodb體系結構
標題路徑：http://m.newbst.com/article36/isjhsg.html

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