详解MySQL InnoDB存储引擎的内存管理

存储引擎之内存管理

在innodb存储引擎中，数据库中的缓冲池是通过lru(latest recent used，最近最少使用)算法来进行管理的，即最频繁使用的页在lru列表的最前段，而最少使用的页在lru列表的尾端，当缓冲池不能存放新读取到的页时，首先释放lru列表尾端的页。

上面的图中，我使用8个数据页来表示队列，具体作用，先卖个关子。在innodb存储引擎中，缓冲池中页的默认大小是16kb，lru列表中有一个midpoint的位置，新读取到的数据页并不是直接放入到lru列表的首部，而是放入到lru列表的midpoint位置，这个操作称之为midpoint insertion stategy，也叫中间点插入策略。在默认配置下，该位置在lru长度的5/8处，这也就是上面使用8个数据页的作用。下面的图示意了新的数据页的插入过程：

mitpoint的位置可通过参数innodb_old_blocks_pct控制，如下：

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mysql> show variables like 'innodb_old_blocks_pct' ; + -----------------------+-------+ | variable_name         | value | + -----------------------+-------+ | innodb_old_blocks_pct | 37    | + -----------------------+-------+   row in set (. sec)

从上面的例子看出，结果是37，这个37意味着新读取的页将被插入到大概距离lru列表尾端37%的位置，差不多3/8的位置，在innodb存储引擎中，midpoint之前的页称为new列表，后面的页称之为old列表，new列表中的页是最为活跃的数据。

为什么不直接把数据页放在lru队列的首部？

之所以不把新读取的数据页放在lru队列的首部，是因为某些全表扫描的sql操作可能会将所有的热点数据都刷新出lru队列，导致下一次访问热点数据的时候，必须从磁盘中取相应的数据，从而影响缓冲池的效率。为了解决这个问题，innodb使用另外一个参数来管理lru列表，就是innodb_old_blocks_time，用于表示页读取到midpoint之后，多久才会加入到lru列表的热端。因此当需要执行上述所说的sql操作时，可以通过下面的方法尽可能使lru列表中的热点数据不被刷出。

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1 2	mysql> set global innodb_old_blocks_time=; query ok,  rows affected (0.00 sec)

这表示在1000s之后，才允许这些数据刷新到lru列表的热端。

如果在实际情况中，数据页活跃的比率不止63%，用户还可以通过设置innodb_old_blocks_pct来减少热点页可能被刷出的概率。

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1 2	mysql> set global innodb_old_blocks_pct=;                                                                                                     query ok,  rows affected (0.00 sec)

当数据库刚启动时，lru的内容是空的，这个时候，所有的数据页都放在free列表中，当需要从缓冲池中分页时，首先从free列表中查找是否有可用的free页，如果存在，则将该页从free页中删除，然后放入到lru的列表中。淘汰掉lru列表末尾的数据页，将该内存空间分配给新的页。这个过程的流程图如下：

当lru列表中的页从old部分加入到new部分时，称此时发生的操作是page made young，而因为innodb_old_blocks_time的设置而没有从old部分移动到new部分的操作称之为page_not_made young。可以通过show engine innodb status来观察lru列表以及free列表的使用情况和运行状态。

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mysql> show engine innodb status\g *** *** ---------------------- buffer pool and memory ---------------------- total large memory allocated dictionary memory allocated buffer pool size   free buffers       database pages     old database pages modified db pages  pending reads      pending writes: lru , flush list , single page pages made young , not young 0.00 youngs/s, 0.00 non-youngs/s pages read , created , written 0.00 reads/s, 0.00 creates/s, 0.00 writes/s no buffer pool page gets since the last printout pages read ahead 0.00/s, evicted without access 0.00/s, random read ahead 0.00/s lru len: , unzip_lru len: i/o sum []:cur[], unzip sum []:cur[] -------------- row operations --------------   queries inside innodb,  queries in queue   read views open inside innodb process id=, main thread id=, state: sleeping number of rows inserted , updated , deleted , read 0.00 inserts/s, 0.00 updates/s, 0.00 deletes/s, 0.00 reads/s ---------------------------- end of innodb monitor output ============================     row in set (0.00 sec)

    从上面的结果可以看到：当前buffer pool size总共有8191个页，每个数据页的大小是16k，总共的大小是8191*16k=128m的缓冲池，其中free buffers表示当前free列表中页的数量。page made young显示了lru列表中页移动到前端的次数，因为该服务器在运行阶段没有改变innodb_old_blocks_time的值，因此not young为0，youngs/s、non_youngs/s表示每秒这两类操作的次数。

    innodb存储引擎从1.0.x版本开始支持压缩页的功能，即将原本16kb的数据页压缩成1kb、2kb、4kb和8kb。对于非16kb的页，是通过unzip_lru来管理的，上述命令中的第22行就显示了压缩页和非压缩页的信息。

需要注意的一点是free buffers的值与database pages的值之和不一定等于buffer pool size，因为缓冲池中的页可能还会被分配各自适应哈希索引、锁信息等页，而这部分页并不需要lru算法进行维护。

脏页

     在lru列表中的页被修改之后，这个页就称之为“脏页”，即缓冲池中的数据页和磁盘上的数据产生了不一致，缓冲池的数据比较新，这时数据库会通过checkpoint机制将脏页刷新回磁盘，而flush列表中的页也就是脏页列表，脏页既存在于lru列表中，也存在与flush列表中，lru列表用来管理缓冲池中页的可用性，flush列表用来管理将页刷新回磁盘，二者不影响。flush列表也可以通过show engine innodb status来查看，前面的结果列表中的第13行，modified db pages就是当前的脏页数量，用户可以通过元数据表innodb_buffer_page_lru表来查看。

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