1. 背景

對(duì)于各種用戶數(shù)據(jù)、索引數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)都是需要持久化存儲(chǔ)到磁盤(pán)，然后以“頁(yè)”為單位進(jìn)行讀寫(xiě)。

相對(duì)于直接讀寫(xiě)緩存，磁盤(pán)IO的成本相當(dāng)高昂。

對(duì)于讀取的頁(yè)面數(shù)據(jù)，并不是使用完就釋放掉，而是放到緩沖區(qū)，因?yàn)橄乱淮尾僮饔锌赡苓€需要讀區(qū)該頁(yè)面。

對(duì)于修改過(guò)的頁(yè)面數(shù)據(jù)，也不是馬上同步到磁盤(pán)，也是放到緩沖區(qū)，因?yàn)橄乱淮斡锌赡苓€會(huì)修改該頁(yè)面的數(shù)據(jù)。

但是緩存的空間是有大小限制的，不可能無(wú)限擴(kuò)充。

對(duì)于緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，需要有合理的頁(yè)面淘汰算法，將未來(lái)使用概率較小的頁(yè)面釋放或者同步到磁盤(pán)，

給當(dāng)下需要存放到緩存的頁(yè)面騰出位置。

2. 存儲(chǔ)器性能差異

寄存器：CPU暫存指令、數(shù)據(jù)的小型存儲(chǔ)區(qū)域，速度快，容量小。

CPU高速緩存(CPU Cache)：用于減少CPU訪問(wèn)內(nèi)存所需平均時(shí)間的部件。

內(nèi)存：用于暫時(shí)存放CPU中的運(yùn)算數(shù)據(jù)，以及與硬盤(pán)等外部存儲(chǔ)器交換的數(shù)據(jù)。

硬盤(pán)：分為固態(tài)硬盤(pán)(SSD)和機(jī)械硬盤(pán)(HHD)，是非易失性存儲(chǔ)器。

下圖是各種緩存器的價(jià)格和性能差距，

從下圖可以看出，SSD的隨機(jī)訪問(wèn)延時(shí)在微妙級(jí)別，而內(nèi)存的的隨機(jī)訪問(wèn)延時(shí)在納秒級(jí)別，內(nèi)存比SSD大概快1000倍左右。

3. Buffer Pool

一個(gè)緩沖池(緩沖池)是向操作系統(tǒng)申請(qǐng)的一塊內(nèi)存空間，這塊內(nèi)存空間由多個(gè)chunk組成，每個(gè)chunk均包含多個(gè)控制塊和對(duì)應(yīng)的緩沖頁(yè)。

chunk是向操作系統(tǒng)申請(qǐng)內(nèi)存的最小單位，緩沖頁(yè)大小與InnoDB表空間使用的頁(yè)面大小一致。

Buffer Pool的示意圖如下

每一個(gè)控制塊都對(duì)應(yīng)一個(gè)緩沖頁(yè)，控制塊包含該緩沖頁(yè)所屬的表空間編號(hào)、頁(yè)號(hào)、在Buffer Pool中的地址、鏈表結(jié)點(diǎn)信息等等。

當(dāng)剛讀取一個(gè)頁(yè)面時(shí)，需要知道緩沖區(qū)有哪些空閑頁(yè)面，當(dāng)修改過(guò)后緩沖頁(yè)后，需要記錄該緩沖頁(yè)需要持久化到磁盤(pán)，

當(dāng)緩沖區(qū)沒(méi)有空閑頁(yè)面了，需要有頁(yè)面淘汰算法來(lái)將緩沖頁(yè)移出緩沖區(qū)，

以上涉及到Free鏈表、Flush鏈表、LRU鏈表，下面注意說(shuō)明。

4. Free鏈表

Free鏈表是由空閑的緩沖頁(yè)對(duì)應(yīng)的控制塊組成的鏈表，通過(guò)Free鏈表就獲取到空閑的緩沖頁(yè)及其在緩沖區(qū)中的地址。

每當(dāng)需要從磁盤(pán)加載一個(gè)頁(yè)面到緩沖區(qū)時(shí)，從該Free鏈表取出一個(gè)控制塊結(jié)點(diǎn)，從Free鏈表移除該結(jié)點(diǎn)，并加入LRU鏈表。

如果這個(gè)緩沖區(qū)頁(yè)面被修改過(guò)，那么會(huì)被加入到Flush鏈表中。

5. Flush鏈表

如果一修改緩沖頁(yè)的數(shù)據(jù)之后就刷新到磁盤(pán)，這種頻繁的IO操作勢(shì)必影響程序等整體性能。

試想一下，先后修改1000次同一緩沖區(qū)頁(yè)面的一字節(jié)數(shù)據(jù)，每次修改都刷新到磁盤(pán)，與修改1000次后再將最終結(jié)果刷新磁盤(pán)，節(jié)省了999次刷新磁盤(pán)的操作。

因此，當(dāng)頁(yè)面的數(shù)據(jù)被修改之后，需要將改頁(yè)面放到Flush鏈表，排隊(duì)等候?qū)懭氪疟P(pán)。

這既可以減少在用戶進(jìn)程中刷新磁盤(pán)的次數(shù)，也從整體上減少了磁盤(pán)IO到次數(shù)。

6. LRU鏈表

內(nèi)存空間有限，不可能將所有數(shù)據(jù)都緩存在內(nèi)存當(dāng)中，因此需要有一定的算法將內(nèi)存中頁(yè)面淘汰掉(修改過(guò)的頁(yè)面持久化到磁盤(pán))。

LRU(Least Recently Used)鏈表主要用于輔助實(shí)現(xiàn)內(nèi)存頁(yè)面淘汰，故名思義，最先淘汰的是最近最少使用的緩沖頁(yè)。

LRU鏈表的結(jié)果如下圖所示

將LRU鏈表分為young區(qū)域和old區(qū)域。

對(duì)于初次加載到緩沖區(qū)的頁(yè)面，會(huì)放到LRU鏈表old區(qū)域的頭部，這主要避免了預(yù)讀的頁(yè)面被放到了LRU鏈表的首部。

當(dāng)?shù)诙卧L問(wèn)緩沖頁(yè)且時(shí)間間隔超過(guò)innodb_old_blocks_time(默認(rèn)1s)時(shí)，才將該頁(yè)面移動(dòng)到LRU鏈表的首部。

進(jìn)一步，為了避免頻繁的移動(dòng)鏈表結(jié)點(diǎn)，當(dāng)某個(gè)緩沖頁(yè)已經(jīng)在young區(qū)域的前3/4時(shí)，則不會(huì)移動(dòng)該結(jié)點(diǎn)到首部。

7. 其它

如何定位頁(yè)面是否被緩沖呢？

表空間號(hào)和頁(yè)號(hào)可以唯一識(shí)別緩沖頁(yè)，因此InnoDB引擎建立了以表空間號(hào)+頁(yè)號(hào)為key，以緩沖頁(yè)控制塊地址為value的哈希表，

從而快速判斷頁(yè)面是否被緩沖，快速定位到數(shù)據(jù)所在地址。

到此這篇關(guān)于MySQL InnoDB引擎的緩存特性詳解的文章就介紹到這了,更多相關(guān)MySQL InnoDB 緩存特性內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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