InnoDB存储引擎

Posted 2023-05-22 imreW

从MySQL5.5版本开始，InnoDB是默认的表存储引擎。其特点是行锁设计、支持MVCC、支持外键、提供一致性非锁定读、同时被设计用来最有效的利用以及使用内存和CPU。

一、InnoDB体系架构

下图简单描述了InnoDB存储引擎的体系结构：

 InnoDB存储引擎有多个内存块，这些内存块组成了一个大的内存池。后台线程主要负责刷新内存池中的数据、将已修改的数据刷新到磁盘等等。接下来我们分别介绍后台线程和内存池。

（一）后台线程

InnoDB后台有多个不同的线程，用来负责不同的任务。主要有如下：

• Master Thread
  这是最核心的一个线程,主要负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘,保证数据的一致性,包括赃页的刷新、合并插入缓冲、UNDO 页的回收等.
• IO Thread
  在 InnoDB 存储引擎中大量使用了异步 IO 来处理写 IO 请求, IO Thread 的工作主要是负责这些 IO 请求的回调处理。
• Purge Thread
  事务被提交之后, undo log 可能不再需要,因此需要 Purge Thread 来回收已经使用并分配的 undo页. InnoDB 支持多个 Purge Thread, 这样做可以加快 undo 页的回收。
• Page Cleaner Thread
  Page Cleaner Thread 是在InnoDB 1.2.x版本新引入的,其作用是将之前版本中脏页的刷新操作都放入单独的线程中来完成,这样减轻了 Master Thread 的工作及对于用户查询线程的阻塞。

（二）内存

InnoDB 存储引擎是基于磁盘存储的,也就是说数据都是存储在磁盘上的,由于 CPU 速度和磁盘速度之间的鸿沟, InnoDB 引擎使用缓冲池技术来提高数据库的整体性能。

缓冲池简单来说就是一块内存区域.在数据库中进行读取页的操作,首先将从磁盘读到的页存放在缓冲池中,下一次读取相同的页时,首先判断该页是不是在缓冲池中,若在,称该页在缓冲池中被命中,直接读取该页。否则,读取磁盘上的页。

对于数据库中页的修改操作,首先修改在缓冲池中页,然后再以一定的频率刷新到磁盘,并不是每次页发生改变就刷新回磁盘。

缓冲池中缓存的数据页类型有:索引页、数据页、 undo 页、插入缓冲、自适应哈希索引、 InnoDB 的锁信息、数据字典信息等。索引页和数据页占缓冲池的很大一部分（知道有这些页，把这些页当做名词即可，不用感到迷惑）。在InnoDB中，缓冲池中的页大小默认为16KB。

 

InnoDB存储引擎介绍-InnoDB存储引擎结构

首先以一张图简单展示 InnoDB 的存储引擎的体系架构.

 从图中可见, InnoDB 存储引擎有多个内存块,这些内存块组成了一个大的内存池,主要负责如下工作:

• 维护所有进程/线程需要访问的多个内部数据结构

• 缓存磁盘上的数据, 方便快速读取, 同时在对磁盘文件修改之前进行缓存

• 重做日志(redo log)缓冲

后台线程的主要作用是负责刷新内存池中的数据,保证缓冲池中的内存缓存的是最新数据;将已修改数据文件刷新到磁盘文件;保证数据库发生异常时 InnoDB 能恢复到正常运行 的状态

后台线程

InnoDB 使用的是多线程模型, 其后台有多个不同的线程负责处理不同的任务

1. Master Thread

这是最核心的一个线程,主要负责将缓冲池中的数据异步刷新到磁盘,保证数据的一致性,包括赃页的刷新、合并插入缓冲、UNDO 页的回收等.

2. IO Thread

在 InnoDB 存储引擎中大量使用了异步 IO 来处理写 IO 请求, IO Thread 的工作主要是负责这些 IO 请求的回调.

可以通过命令来观察 InnoDB 中的 IO Thread:

mysql> show engine innodb status\\G
*************************** 1. row ***************************
  Type: InnoDB
  Name: 
Status: 
=====================================
2017-07-22 00:16:26 7f4a37451700 INNODB MONITOR OUTPUT
=====================================
--------
FILE I/O
--------
I/O thread 0 state: waiting for completed aio requests (insert buffer thread)
I/O thread 1 state: waiting for completed aio requests (log thread)
I/O thread 2 state: waiting for completed aio requests (read thread)
I/O thread 3 state: waiting for completed aio requests (read thread)
I/O thread 4 state: waiting for completed aio requests (read thread)
I/O thread 5 state: waiting for completed aio requests (read thread)
I/O thread 6 state: waiting for completed aio requests (write thread)
I/O thread 7 state: waiting for completed aio requests (write thread)
I/O thread 8 state: waiting for completed aio requests (write thread)
I/O thread 9 state: waiting for completed aio requests (write thread)
Pending normal aio reads: 0 [0, 0, 0, 0] , aio writes: 0 [0, 0, 0, 0] ,
 ibuf aio reads: 0, log i/o\'s: 0, sync i/o\'s: 0
Pending flushes (fsync) log: 0; buffer pool: 0
188 OS file reads, 27180 OS file writes, 26031 OS fsyncs
0.00 reads/s, 0 avg bytes/read, 0.00 writes/s, 0.00 fsyncs/s

 可以看到, InnoDB 共有10个 IO Thread, 分别是 4个 write、4个 read、1个 insert buffer和1个 log thread.

 3. Perge Thread

事务被提交之后, undo log 可能不再需要,因此需要 Purge Thread 来回收已经使用比分配的 undo页. InnoDB 支持多个 Purge Thread, 这样做可以加快 undo 页的回收InnoDB 引擎默认设置为1个 Purge Thread:

mysql> SHOW VARIABLES LIKE "innodb_purge_threads";
+----------------------+-------+
| Variable_name        | Value |
+----------------------+-------+
| innodb_purge_threads | 1     |
+----------------------+-------+
1 row in set (0.00 sec)

4. Page Cleaner Thread

 Page Cleaner Thread 是新引入的,其作用是将之前版本中脏页的刷新操作都放入单独的线程中来完成,这样减轻了 Master Thread 的工作及对于用户查询线程的阻塞

内存

1. 缓冲池

InnoDB 存储引擎是基于磁盘存储的,其中的记录按照页的方式进行管理,由于 CPU 速度和磁盘速度之间的鸿沟, InnoDB 引擎使用缓冲池技术来提高数据库的整体性能.

缓冲池简单来说就是一块内存区域.在数据库中进行读取页的操作,首先将从磁盘读到的页存放在缓冲池中,下一次读取相同的页时,首先判断该页是不是在缓冲池中,若在,称该页在缓冲池中被命中,直接读取该页.否则,读取磁盘上的页.

对于数据库中页的修改操作,首先修改在缓冲池中页,然后再以一定的频率刷新到磁盘,并不是每次页发生改变就刷新回磁盘.

缓冲池的大小直接影响数据库的整体性能,对于 InnoDB 存储引擎而言,缓冲池配置通过参数 innodb_buffer_pool_size 来设置. 下面显示本机虚拟机上一台 MySQL 数据库配置:

mysql> SHOW VARIABLES LIKE \'innodb_buffer_pool_size\';
+-------------------------+------------+
| Variable_name           | Value      |
+-------------------------+------------+
| innodb_buffer_pool_size | 2147483648 |
+-------------------------+------------+
1 row in set (0.00 sec)

缓冲池中缓存的数据页类型有:索引页、数据页、 undo 页、插入缓冲、自适应哈希索引、 InnoDB 的锁信息、数据字典信息等.索引页和数据页占缓冲池的很大一部分.下图显示 InnoDB 存储引擎总内存的结构情况.

 

2. 重做日志缓冲

 InnoDB 存储引擎先将重做日志信息放入这个缓冲区,然后以一定频率将其刷新到重做日志文件.重做日志文件一般不需要设置得很大,因为在下列三种情况下重做日志缓冲中的内容会刷新到磁盘的重做日志文件中.

1. Master Thread 每一秒将重做日志缓冲刷新到重做日志文件

2. 每个事物提交时会将重做日志缓冲刷新到重做日志文件

3. 当重做日志缓冲剩余空间小于1/2时,重做日志缓冲刷新到重做日志文件

3. 额外的内存池

在 InnoDB 存储引擎中, 对一些数据结构本身的内存进行分配时,需要从额外的内存池中进行申请.例如,分配了缓冲池,但是每个缓冲池中的帧缓冲还有对应的缓冲控制对象,这些对象记录以一些诸如 LRU, 锁,等待等信息,而这个对象的内存需要从额外的内存池中申请.