性能调优之MySQL篇四：MySQL配置定位以及优化

Posted 2021-01-28 残~枫~

mysql系列文章之硬件相关说明以及优化

一、CPU最大性能模式

cpu利用特点

• 5.1 最高可用4个核

• 5.5 最高可用24核

• 5.6 最高可用64核心

• 一次query对应一个逻辑CPU

你仔细检查的话，有些服务器上会有的一个有趣的现象：你cat /proc/cpuinfo时，会发现CPU的频率竟然跟它标称的频率不一样：

#cat /proc/cpuinfo 
processor : 5
model name : Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2620 0 @2.00GHz
...
cpu MHz : 1200.000

这个是Intel E5-2620的CPU，他是2.00G * 24的CPU，但是，我们发现第5颗CPU的频率为1.2G

原因：其实都源于CPU最新的技术：节能模式。操作系统和CPU硬件配合，系统不繁忙的时候，为了节约电能和降低温度，它会将CPU降频。这对环保人士和抵制地球变暖来说是一个福音，但是对MySQL来说，可能是一个灾难。 

为了保证MySQL能够充分利用CPU的资源，建议设置CPU为最大性能模式，这个设置可以在Bios和操作系统中设置

二、关闭numa

非一致存储访问结构 (NUMA ： Non-Uniform Memory Access) 也是最新的内存管理技术。它和对称多处理器结构 (SMP ： Symmetric Multi-Processor) 是对应的。简单的队别如图：

但是我们可以直观的看到：SMP访问内存的都是代价都是一样的；但是在NUMA架构下，本地内存的访问和非本地内存的访问代价是不一样的。对应的根据这个特性，操作系统上，我们可以设置进程的内存分配方式。目前支持的方式包括：

--interleave=nodes 
--membind=nodes 
--cpunodebind=nodes 
--physcpubind=cpus 
--localalloc 
--preferred=node

简而言之，就是说，你可以指定内存在本地分配，在某几个CPU节点分配或者轮询分配。除非是设置为--interleave=nodes轮询分配方式，即内存可以在任意NUMA节点上分配这种方式以外。

其他的方式就算其他NUMA节点上还有内存剩余，Linux也不会把剩余的内存分配给这个进程，而是采用SWAP的方式来获得内存。有经验的系统管理员或者DBA都知道SWAP导致的数据库性能下降 ，所以最简单的方法，还是关闭掉这个特性

关闭特性的方法，分别有：

• 可以从BIOS设置关闭

• 启动MySQL的时候，关闭NUMA特性 numactl --interleave=all  mysqld &

• OS内核，启动时设置numa=off

• 在操作系统中关闭，可以直接在/etc/grub.conf的kernel行最后添加numa=off，如下所示

kernel /vmlinuz-2.6.32-220.el6.x86_64 ro root=/dev/mapper/VolGroup-root rd_NO_LUKS LANG=en_US.UTF-8 rd_LVM_LV=VolGroup/root rd_NO_MD quiet SYSFONT=latarcyrheb-sun16 rhgb crashkernel=auto rd_LVM_LV=VolGroup/swap rhgb crashkernel=auto quiet KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM  numa=off

设置vm.zone_reclaim_mode=0尽量回收内存

三、关闭vm.swappiness

vm.swappiness是操作系统控制物理内存交换出去的策略。它允许的值是一个百分比的值，最小为0，最大运行100，该值默认为60

vm.swappiness设置为0表示尽量少swap，100表示尽量将inactive的内存页交换出去。 

当内存基本用满的时候，系统会根据这个参数来判断是把内存中很少用到的inactive 内存交换出去，还是释放数据的cache。cache中缓存着从磁盘读出来的数据，根据程序的局部性原理，这些数据有可能在接下来又要被读取；inactive 内存顾名思义，就是那些被应用程序映射着，但是“长时间”不用的内存。 

我们可以查看inactive的内存的数量：

[root@locahost ~]# vmstat -an 1 
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----
 r  b   swpd   free  inact active   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 0  0  61432 1533944 1553788 3190400    0    0     9   216    0    0  5  2 88  4  0
 0  0  61432 1533564 1553900 3190568    0    0     0   120  616  349  2  1 97  1  0
 1  0  61432 1533068 1553844 3191096    0    0     0  5748 1604  455  1  1 95  3  0
 2  1  61432 1531952 1553812 3191984    0    0   172   700 1033  416  2  1 74 23  0

[root@locahost ~]# cat /proc/meminfo | grep -i inact 
Inactive:        1557236 kB
Inactive(anon):   279888 kB
Inactive(file):  1277348 kB

Linux中，内存可能处于三种状态：free，active和inactive

Linux Kernel在内部维护了很多LRU列表用来管理内存，比如LRU_INACTIVE_ANON, LRU_ACTIVE_ANON, LRU_INACTIVE_FILE , LRU_ACTIVE_FILE, LRU_UNEVICTABLE。其中LRU_INACTIVE_ANON, LRU_ACTIVE_ANON用来管理匿名页，LRU_INACTIVE_FILE , LRU_ACTIVE_FILE用来管理page caches页缓存。系统内核会根据内存页的访问情况，不定时的将活跃active内存被移到inactive列表中，这些inactive的内存可以被交换到swap中去。 

MySQL，特别是InnoDB管理内存缓存，它占用的内存比较多，不经常访问的内存也会不少，这些内存如果被Linux错误的交换出去了，将浪费很多CPU和IO资源。 InnoDB自己管理缓存，cache的文件数据来说占用了内存，对InnoDB几乎没有任何好处。 

所以，我们在MySQL的服务器上最好设置vm.swappiness=0。

我们可以通过在sysctl.conf中添加一行： 

echo "vm.swappiness = 0" >>/etc/sysctl.conf

四、文件系统

建议在文件系统的mount参数上加上noatime，nobarrier两个选项

用noatime mount的话，文件系统在程序访问对应的文件或者文件夹时，不会更新对应的access time。一般来说，Linux会给文件记录了三个时间，change time, modify time和access time。 
我们可以通过stat来查看文件的三个时间： 

[root@localhost ~]# stat mysql-test.sh 
  File: `mysql-test.sh\'
  Size: 970             Blocks: 8          IO Block: 4096   regular file
Device: ca01h/51713d    Inode: 33883111    Links: 1
Access: (0644/-rw-r--r--)  Uid: (    0/    root)   Gid: (    0/    root)
Access: 2015-12-16 19:55:58.962535495 +0800
Modify: 2015-12-11 09:15:38.410196493 +0800
Change: 2015-12-11 09:15:38.493196460 +0800

• access time指文件最后一次被读取的时间

• modify time指的是文件的文本内容最后发生变化的时间

• change time指的是文件的inode最后发生变化(比如位置、用户属性、组属性等)的时间

一般来说，文件都是读多写少，而且我们也很少关心某一个文件最近什么时间被访问了。所以，我们建议采用noatime选项，这样文件系统不记录access time，避免浪费资源

现在的很多文件系统会在数据提交时强制底层设备刷新cache，避免数据丢失，称之为write barriers。但是，其实我们数据库服务器底层存储设备要么采用RAID卡，RAID卡本身的电池可以掉电保护；要么采用Flash卡，它也有自我保护机制，保证数据不会丢失。所以我们可以安全的使用nobarrier挂载文件系统。设置方法如下： 对于ext3, ext4和 reiserfs文件系统可以在mount时指定barrier=0；对于xfs可以指定nobarrier选项

文件系统上还有一个提高IO的优化万能钥匙，那就是deadline

在Flash技术之前，我们都是使用机械磁盘存储数据的，机械磁盘的寻道时间是影响它速度的最重要因素，直接导致它的每秒可做的IO(IOPS)非常有限，为了尽量排序和合并多个请求，以达到一次寻道能够满足多次IO请求的目的，Linux文件系统设计了多种IO调度策略，已适用各种场景和存储设备。 

Linux的IO调度策略包括：Deadline scheduler，Anticipatory scheduler，Completely Fair Queuing(CFQ)，NOOP

CFQ是Linux内核2.6.18之后的默认调度策略，它声称对每一个 IO 请求都是公平的，这种调度策略对大部分应用都是适用的。但是如果数据库有两个请求，一个请求3次IO，一个请求10000次IO，由于绝对公平，3次IO的这个请求都需要跟其他10000个IO请求竞争，可能要等待上千个IO完成才能返回，导致它的响应时间非常慢。并且如果在处理的过程中，又有很多IO请求陆续发送过来，部分IO请求甚至可能一直无法得到调度被“饿死”。而deadline兼顾到一个请求不会在队列中等待太久导致饿死，对数据库这种应用来说更加适用

CFQ与Deadline，NOOP性能差异很小，但是一旦有大的连续IO，CFQ可能会造成小IO的响应延时增加，所以数据库环境建议修改为deadline算法，表现更稳定。我们的环境统一使用deadline算法。

IO调度算法都是基于磁盘设计，所以减少磁头移动是最重要的考虑因素之一，但是使用Flash存储设备之后，不再需要考虑磁头移动的问题，可以使用NOOP算法。NOOP的含义就是NonOperation，意味着不会做任何的IO优化，完全按照请求来FIFO的方式来处理IO。

减少预读：/sys/block/sdb/queue/read_ahead_kb，默认128，调整为16

增大队列：/sys/block/sdb/queue/nr_requests，默认128，调整为512

实时设置，我们可以通过

echo deadline >/sys/block/sda/queue/scheduler

我们也可以直接在/etc/grub.conf的kernel行最后添加elevator=deadline来永久生效

五、RAID优化

关闭读cache：RAID卡上的cache容量有限，我们选择direct方式读取数据，从而忽略读cache。

关闭预读：RAID卡的预读功能对于随机IO几乎没有任何提升，所以将预读功能关闭。

关闭磁盘cache：一般情况下，如果使用RAID，系统会默认关闭磁盘的cache，也可以用命令强制关闭。

以上设置都可以通过RAID卡的命令行来完成

开启BBWC

RAID卡都有写cache(Battery Backed Write Cache)，写cache对IO性能的提升非常明显，因为掉电会丢失数据，所以必须由电池提供支持。电池会定期充放电，一般为90天左右，当发现电量低于某个阀值时，会将写cache策略从writeback置为writethrough，相当于写cache会失效，这时如果系统有大量的IO操作，可能会明显感觉到IO响应速度变慢。目前，新的RAID卡内置了flash存储，掉电后会将写cache的数据写入flash中，这样就可以保证数据永不丢失，但依然需要电池的支持。

解决方案有两种：1.人工触发充放电，可以选择在业务低谷时做，降低对应用的影响；2.设置写cache策略为force write back，即使电池失效，也保持写cache策略为writeback，这样存在掉电后丢失数据的风险。

六、Flashcache

创建flashcache：flashcache_create -b 4k cachedev /dev/sdc /dev/sdb

指定flashcache的block大小与Percona的page大小相同。

Flashcache参数设置：

flashcache.fast_remove = 1：打开fast remove特性，关闭机器时，无需将cache中的脏块写入磁盘
flashcache.reclaim_policy = 1：脏块刷出策略，0：FIFO，1：LRU
flashcache.dirty_thresh_pct = 90：flashcache上每个hash set上的脏块阀值
flashcache.cache_all = 1：cache所有内容，可以用黑名单过滤
flashecache.write_merge = 1：打开写入合并，提升写磁盘的性能

七、IOPS

磁盘寻道能力（磁盘I/O）,以目前高转速SCSI硬盘(7200转/秒)为例，这种硬盘理论上每秒寻道7200次，这是物理特性决定的，没有办法改变。 MySQL每秒钟都在进行大量、复杂的查询操作，对磁盘的读写量可想而知。所以，通常认为磁盘I/O是制约MySQL性能的最大因素之一，对于日均访问量 在100万PV以上的Discuz!论坛，由于磁盘I/O的制约，MySQL的性能会非常低下！解决这一制约因素可以考虑以下几种解决方案：  使用RAID-0+1磁盘阵列，注意不要尝试使用RAID-5，MySQL在RAID-5磁盘阵列上的效率不会像你期待的那样快

innodb_page_size：如果使用fusionio，4K的性能最好；使用SAS磁盘，设置为8K。如果全表扫描很多，可以设置为16K。比较小的page size，可以提升cache的命中率。
innodb_adaptive_checkpoint：如果使用fusionio，设置为3，提高刷新频率到0.1秒；使用SAS磁盘，设置为2，采用estimate方式刷新脏页。
innodb_io_capacity：根据IOPS能力设置，使用fuionio可以设置10000以上。
innodb_flush_neighbor_pages = 0：针对fusionio或者SSD，因为随机IO足够好，所以关闭此功能。
innodb_flush_method=ALL_O_DIRECT：公版的MySQL只能将数据库文件读写设置为DirectIO，对于Percona可以将log和数据文件设置为direct方式读写。但是我不确定这个参数对于innodb_flush_log_at_trx_commit的影响，
innodb_read_io_threads = 1：设置预读线程设置为1，因为线性预读的效果并不明显，所以无需设置更大。
innodb_write_io_threads = 16：设置写线程数量为16，提升写的能力。
innodb_fast_checksum = 1：开启Fast checksum特性。