图解MySQL系列-Buffer Pool中的free链表

Posted 2022-02-17 JavaEdge.

1 mysql如何初始化Buffer Pool

Buffer Pool中有N多缓存页，每个缓存页还有个描述信息。DB启动后，按BP大小向os申请一块内存区域，作为BP的内存区域。

当内存区域申请完后，DB按默认缓存页及对应描述信息快，在BP中划出一块块内存，当DB把BP划分完后：

这时，BP中的一个个缓存页还都是空的，要等DB运行起来后，当我们要对数据执行CRUD操作时，才会把数据对应的页从磁盘文件里读取出来，放入BP中的缓存页。

哪些缓存页空闲？

DB运行后，肯定执行大量CRUD，就需不停的从磁盘上读取一个个数据页放入BP中的对应的缓存页里去，把数据缓存起来，后续就能对该数据在内存里执行CRUD。

但是此时在从磁盘上读取数据页放入Buffer Pool中的缓存页的时候，必然涉及到一个问题，那就是哪些缓存页是空闲的？

因为默认情况下磁盘上的数据页和缓存页一一对应，都是16K，一个数据页对应一个缓存页。所以必须要知道BP中哪些缓存页是空闲状态。

所以数据库会为BP设计个free链表，双向链表，每个节点就是个空闲缓存页的描述数据块的地址，即只要一个缓存页空闲，那他的描述数据块就会被放入free链表。

刚开始DB启动时，可能所有缓存页都空闲，因为此时可能是个空DB，所以此时所有缓存页的描述数据块，都放入free链表。

上图中，这free链表里就是各个缓存页的描述信息块，只要缓存页空闲，对应的描述信息块就会加入free链表，每个节点都会双向链接自己的前后节点，组成一个双向链表。free链表有个基础节点引用链表的头节点和尾节点，存储了链表中有多少个描述数据块的节点，即有多少个空闲缓存页。

free链表占用内存大小

这free链表本就由BP里的描述信息块组成，可认为是每个描述信息块里都有两个指针：

• free_pre

  指向自己的上一个free链表的节点

• free_next

  指向下一个free链表的节点

通过BP中的描述数据块的free_pre和free_next两个指针，就能将所有描述数据块串成一个free链表，上面只是为了方便画图，所以将描述信息块单独画出来。

对free链表，只有一个**基础节点（40K）**不属于BP，存放了free链表的头节点地址，尾节点地址，还有free链表当前节点个数。

如何将磁盘上的页读取到BP的缓存页？

先从free链表获取一个描述信息块，就能获取到对应空闲缓存页。

就能将磁盘上的数据页读到对应缓存页，同时将相关的描述信息写入缓存页的描述信息块，比如该数据页所属的表空间之类的信息，最后把那描述信息块从free链表中移除：

怎知数据页是否被缓存？

执行CRUD时，先看该数据页是否被缓存，若没被缓存就走上面逻辑，从free找个空闲缓存页，从磁盘上读取数据页写入缓存页，写入描述信息，最后从free中移除该描述信息块。

但若数据页已被缓存，就能直接使用。

所以DB还有个数据页缓存哈希表：

• key：表空间号+数据页号
• value：缓存页的地址

当要使用一个数据页时，通过“表空间号+数据页号”作为K查这个哈希表：

• 若无，读取数据页
• 若有，说明数据页已被缓存

每次读取一个数据页到缓存后，都会在这哈希表写入一个数据，下次若再使用这数据页，就能从哈希表直接读出来，毕竟他经被放入一个缓存页了：