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本文是基于 极客时间——MySQL 实战 45 讲 整理的学习笔记,仅供学习参考,请勿用于商业用途,如若侵权,请联系并删除。

课程重点:

  1. 了解脏页与干净页的概念
  2. 了解InnoDB 刷脏页的控制策略

你的 SQL 语句为什么变“慢”了

当内存数据页跟磁盘数据页内容不一致的时候,我们称这个内存页为“脏页”。内存数据写入到磁盘后,内存和磁盘上的数据页的内容就一致了,称为“干净页”。

不论是脏页还是干净页,都在内存中。

接下来,我们用一个示意图来展示一下“孔乙己赊账”的整个操作过程。假设原来孔乙己欠账 10 文,这次又要赊 9 文。


回到文章开头的问题,你不难想象,平时执行很快的更新操作,其实就是在写内存和日志,而 MySQL 偶尔“抖”一下的那个瞬间,可能就是在刷脏页(flush)。

那么,什么情况会引发数据库的 flush 过程呢?

我们还是继续用咸亨酒店掌柜的这个例子,想一想:掌柜在什么情况下会把粉板上的赊账记录改到账本上?

  • 第一种场景是,粉板满了,记不下了。这时候如果再有人来赊账,掌柜就只得放下手里的活儿,将粉板上的记录擦掉一些,留出空位以便继续记账。当然在擦掉之前,他必须先将正确的账目记录到账本中才行。

这个场景,对应的就是 InnoDB 的 redo log 写满了。这时候系统会停止所有更新操作,把 checkpoint 往前推进,redo log 留出空间可以继续写。我在第二讲画了一个 redo log 的示意图,这里我改成环形,便于大家理解。

  • 第二种场景是,这一天生意太好,要记住的事情太多,掌柜发现自己快记不住了,赶紧找出账本把孔乙己这笔账先加进去。

这种场景,对应的就是系统内存不足。当需要新的内存页,而内存不够用的时候,就要淘汰一些数据页,空出内存给别的数据页使用。如果淘汰的是“脏页”,就要先将脏页写到磁盘。

这个时候能否直接把内存淘汰掉,下次需要请求的时候,从磁盘读入数据页,然后拿 redo log 出来应用?

这里其实是从性能考虑的。如果刷脏页一定会写盘,就保证了每个数据页有两种状态:

  • 一种是内存里存在,内存里就肯定是正确的结果,直接返回;

  • 另一种是内存里没有数据,就可以肯定数据文件上是正确的结果,读入内存后返回。这样的效率最高。

  • 第三种场景是,生意不忙的时候,或者打烊之后。这时候柜台没事,掌柜闲着也是闲着,不如更新账本。

这种场景,对应的就是 MySQL 认为系统“空闲”的时候。当然,MySQL“这家酒店”的生意好起来可是会很快就
能把粉板记满的,所以“掌柜”要合理地安排时间,即使是“生意好”的时候,也要见缝插针地找时间,只要有机会就刷一点“脏页”。

  • 第四种场景是,年底了咸亨酒店要关门几天,需要把账结清一下。这时候掌柜要把所有账都记到账本上,这样过完年重新开张的时候,就能就着账本明确账目情况了。

这种场景,对应的就是 MySQL 正常关闭的情况。这时候,MySQL 会把内存的脏页都 flush 到磁盘上,这样下次 MySQL 启动的时候,就可以直接从磁盘上读数据,启动速度会很快。

四种场景对应性能分析

其中,第三种情况是属于 MySQL 空闲时的操作,这时系统没什么压力,而第四种场景是数据库本来就要关闭了。这两种情况下,你不会太关注“性能”问题。所以这里,我们主要来分析一下前两种场景下的性能问题。

第一种是“redo log 写满了,要 flush 脏页”,这种情况是 InnoDB 要尽量避免的。因为出现这种情况的时候,整个系统就不能再接受更新了,所有的更新都必须堵住。如果你从监控上看,这时候更新数会跌为 0。

第二种是“内存不够用了,要先将脏页写到磁盘”,这种情况其实是常态。InnoDB 用缓冲池(buffer pool)管理内存,缓冲池中的内存页有三种状态:

第一种是,还没有使用的;
第二种是,使用了并且是干净页;
第三种是,使用了并且是脏页。
InnoDB 的策略是尽量使用内存,因此对于一个长时间运行的库来说,未被使用的页面很少。

而当要读入的数据页没有在内存的时候,就必须到缓冲池中申请一个数据页。这时候只能把最久不使用的数据页从内存中淘汰掉:如果要淘汰的是一个干净页,就直接释放出来复用;但如果是脏页呢,就必须将脏页先刷到磁盘,变成干净页后才能复用。

所以,刷脏页虽然是常态,但是出现以下这两种情况,都是会明显影响性能的:

  1. 一个查询要淘汰的脏页个数太多,会导致查询的响应时间明显变长;
  2. 日志写满,更新全部堵住,写性能跌为 0,这种情况对敏感业务来说,是不能接受的。

所以,InnoDB 需要有控制脏页比例的机制,来尽量避免上面的这两种情况。

InnoDB 刷脏页的控制策略

  • innodb_io_capacity 这个参数可以设置磁盘的 I/O 能力,不能设置太小,会导致刷脏页的速度变慢。
  • innodb_max_dirty_pages_pct 用来设置脏页比例上限,默认值是 75%。

InnoDB 会在后台刷脏页,而刷脏页的过程是要将内存页写入磁盘。所以,无论是你的查询语句在需要内存的时候可能要求淘汰一个脏页,还是由于刷脏页的逻辑会占用 IO 资源并可能影响到了你的更新语句,都可能是造成你从业务端感知到 MySQL“抖”了一下的原因。

要尽量避免这种情况,你就要合理地设置 innodb_io_capacity 的值,并且平时要多关注脏页比例,不要让它经常接近 75%。

总结

  • 当内存数据页跟磁盘数据页内容不一致的时候,我们称这个内存页为“脏页”。内存数据写入到磁盘后,内存和磁盘上的数据页的内容就一致了,称为“干净页”。
  • 把内存里的数据写入磁盘的过程,叫做 flush
  • 平时感知到 MySQL“抖”了一下,可能就是因为刚刚在刷脏页(flush)
  • 可以通过一些参数设置磁盘 I/O 能力,提高刷脏页的速度

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