mysql学习6：第三章MYSQL 体系结构与存储引擎
1. 第三章MYSQL 体系结构与存储引擎
1.1. mysql体系结构
体系结构分为两大层：
l mysql server层：包括连接层，SQL层；
l 存储引擎层；
1.2. query cache详解及关闭
query cache只能缓存静态数据。适用于数据仓库。
5.6前默认开启，5.6后默认关闭。
彻底关闭query cache
涉及query_cache的两个核心参数
mysql>show variables like “%query_cache_size%”
mysql>show variables like “$query_cache_type%”
必须一开始就将query_cache_type设置未off
备注：
压力测试工具sysbench是一个开源的、模块化、跨平台的多线程性能测试工具，可进行CPU、内存、磁盘IO、线程、数据库的性能测试。，支持mysql,oracle,postgresql
下载地址：https://dev.mysql.com/downloads/benchmarks.html
具体测试过程见书 p44
1.3. 存储引擎
存储引擎MyISAM建议停用，转换到InnoDB存储引擎上。
1.4. innoDB体系结构
1.4.1. 数据库和数据库实例
mysql数据库是单进程多线程模型的数据库
l 实例是进程加内存的组合。
l 线程：将内存数据刷新到硬盘上。
l 磁盘文件：redolog，数据文件，Undo log
1.4.2. InnoDB的存储结构
InnoDB逻辑存储单元主要分为表空间，段，区，页。
层级关系：tablespace>segment>extent(64个page,1M)>page
表空间
系统表空间；ibdata1
共享表空间 独立表空间更好
独立表空间：每表有自己表空间，可实现表空间转移，回收方便。alter table tablename engine=innodb 或pt-online_schema_change即可
共享表空间不能在线回收空间，需导出删除再导入，统计分析、日志类不适合。
mysql 5.7后多了临时表空间，通用表空间
段
数据段，回滚段，索引段。
每个段由N个区和32个零散的页组成。
创建一个索引会创建两个段，分别为非叶子节点和叶子节点段。
一个表有4个段，是索引个数的两倍。
区
连续的页组成，物理上连续分配的一段空间，每个区大小固定1M。
页
InnoDB的最小物理存储分配单位是page，有数据页、回滚页，一般情况一个区由64个连续的页组成，页默认16KB。
mysql5.6 可调低为8KB或4KB
mysql5.7 可调高为32KB或64KB
行
页记录行记录的信息
InnoDB存储引擎面向列，也就是数据按照行存储，行记录数据按照行格式进行存放。
InnoDB存储引擎有两种文件格式
1. Antelope：有corrpact和redundant两种行记录格式
2. Barracuda：有commpressed和dynamic两种行记录格式。
行溢出： 需要存储的数据再当前存储页面之外，拆分到多个页进行存储。
redundant:最早的行记录格式，比compact要消耗更多的存储空间，不建议使用。
commpressed:压缩行格式，对物理存储层面上的数据库和索引页进行压缩，内存不压缩，调用到内存需转换，消耗CPU,压缩率只有1/2，不建议使用。
compact:溢出的列只存放768各前缀字节。
dynamic:新版本默认的行记录格式，溢出数据存放溢出页中，数据页只存指针。溢出列所在的新页利用率高，推荐使用。
mysql5.7 默认使用dynamic行记录格式和Barracuda文件格式；
通过查看参数row_format可查看
show table status like ‘%user%’\G;
row_format
查看文件格式
show variables like ‘%innodb_file%’;
innodb_file_format
1.4.3. 内存结构
内存分为SGA(系统全局区)和PGA(程序缓存区)，
查看配置参数：show variables like ‘%buffer%’
参数介绍，见p54
SGA（系统全局区）
innodb_buffer_pool:缓存InnoDB表的数据、索引、插入缓冲、数据字典等信息；
innodb_log_buffer:事务在内存中的缓冲，即redo log buffer的大小；
Query Cache:高速查询缓存，生产环境建议关闭。只能缓存静态数据。适用于数据仓库。
key_buffer_size:只用于MyISAM存储引擎表，缓存MyISAM存储。
innodb_additional_mem_pool_size:保存数据字典信息和其他内部数据结构的内存池大小，在5.7.4中被移除。
SGA（程序缓冲区）
sort_buffer_size:用于SQL语句在内存中的临时排序。
join_buffer_size:表连接使用，用于BKA
read_buffer_size:表顺序扫描的缓存，只能用于MyISAM存储引擎。
read_rnd_buffer_size:随机读缓冲区大小，用于做mrr。
特别的
tmp_table_size:SQL语句在排序或者分组时没有用到索引，就使用临时表空间。
max_heap_table_size:管理heap、memory存储引擎表。
查询参数：
[mysql]>show variables like'%heap%';
[mysql]>show variables like'%tmp_table%'
两个参数以最小为准，建议设置一样大。
default_tmp_storage_engine:临时表默认的存储引擎；
interal_tmp_disk_storage_engine:磁盘临时表的管理，决定（create temporary table）,5.7新增。
1.4.4. Buffer状态及其链表结构
page是InnoDB磁盘的IO最小单位，对应到内存中是一个个buffer，每个buffer分为3种状态：
l free buffer:：未被使用。
l clean buffer：buffer数据和磁盘page数据一致。
l dirty buffer:内存数据还未写入到磁盘。
三种不同的buffer衍生三条链表
1.4.5. 各大刷新线程及其作用
master thread线程 ：后台主线程，优先级最高。其内部有4个循环：
l 主循环loop，
l 后台循环background loop，
l 刷新循环flush loop，
l 暂停循环suspend loop。
根据数据库运行状态再4个循环间切换。在loop主循环中又包含两种操作，分为：
四大IO线程
l read thread: 数据库读写请求线程，默认4个，可扩大。
l write thread：
l redo log thread：日志缓冲区中内容刷新到redo log中；
l change buffer thread：把插入缓冲区内内容刷新到磁盘。
page cleaner thread 负责脏页刷新的线程。show variables like ‘%innodb_page%’
purge thread: 负责删除无用undo页，由于进行DML语句的操作都会生成UNDO，系统需要定期对undo页进行清理，就需要purge操作。
checkpoint： 在redo log切换时，执行checkpoint，redo log发生切换会触发把脏页刷新到磁盘。
error monitor thread: 负责数据库报错的监控线程；
lock monitor thread 负责锁的监控线程。
1.4.6. 内存刷新机制
三个内存部分刷新
redo log buffer ,data buffer ,binlog cache
redo log
重做日志文件，记录事务操作的变化，记录数据修改之后得值，不管事务是否提交都会记录下来。至少2个redo log，磁盘用ib_logfile(0-N)命名；影响redo log buffer刷新到磁盘得条件
a.通过innodb_flush_log_at_trx_commit控制，分别为0，1，2；
0:redo log thread每隔1s 触发redo log buffer和数据写磁盘，但事务提交不启动刷新。
1：每次事务提交，触发redo log buffer和数据写到磁盘。
2：每次事务提交，触发redo log buffer写，但不刷新磁盘。
b.mater thread：每秒刷新
c.redo log buffer，使用超过1半触发刷新。
binlog
DML语句既写redo log，也写binlog文件。
binlog叫mysql的二进制日志文件，功能用于备份恢复和主从复制。sync_binlog参数决定刷新条件
0 ：事务提交后，不立即将binlog_cache信息刷新到磁盘，而让filesystem自行决定同步。
n:：每n次事务提交后，binlog_cache刷新到磁盘。
确保数据库安全的双一模式：即sync_binlog=1，innodb_flush_log_at_trx_commit=1
redo log 和binlog的区别
第一：记录内容不同
l binlog是逻辑日志，记录所有数据的改变信息。
l redo log是物理日志，记录所有InnoDB表数据的变化。
第二：记录内容的时间不同
l binlog记录commit完毕之后的DML和DDL SQL语句。
l redo log 记录事务发起之后的DML和DDL SQL语句。
第三：文件使用方式的不同
l binlog不是循环使用，在写满或实例重启之后，会生成新文件；
l relo log是循环使用，最后一个写满再写第一个。
第四：作用不同
l binlog可以作为恢复数据使用，主从复制搭建。
l redo log作为异常关机或介质故障后数据恢复使用。
MySQL两阶段提交过程 ：
两阶段提交分为prepare和commit阶段。
l 准备阶段（transaction prepare）：事务SQL先写入到redo log buffer，然后做一个事务准备标志，再将log buffer中数据刷新到redo log。
l 提交阶段（commit）:将事务产生的binlog写入文件，刷入磁盘。
l 再在redo log中做一个事务提交标志，把binlog写成功的标记一并写入redo log文件。
总结：只要binlog写入完成，在主从复制环境中，都会正常完成事务。
脏页的刷新机制
l redo log切换时，执行checkpoint，会触发脏页的刷新。
l 通过innodb_max_dirty_pages_pct参数控制，表示buffer pool中dirty page的百分百。达到阈值启动刷新。默认75%，建议设置25%-50%，为避免后期影响性能。
l 由innodb_adaptive_flushing控制每秒刷新脏页的数目，智能控制，默认开启。
1.4.7. InnoDB的三大特性
三大特性为：插入缓冲（change buffer）,两次写（double write），自适应哈希索引（adaptive hash index）
插入缓冲：
将普通索引上的DML操作从随机IO变成顺序IO，提高IO效率。
原理：1.先判断插入的普通索引页是否在缓冲池中，如在就直接插入；如不在就先放到change buffer中，然后进行change buffer和普通索引的合并操作，多个插入合并到一个操作中，提高普通索引插入性能。
涉及参数：
[mysql]>show variables like'%change%';
+-------------------------------+-------+
| Variable_name | Value |
+-------------------------------+-------+
| innodb_change_buffer_max_size | 25 |
| innodb_change_buffering | all |
| session_track_state_change | OFF |
+-------------------------------+-------+
innodb_change_buffer_max_size:占innodb_buffer_pool的最大比例，默认25%，建议50.
innodb_change_buffering:change buffer的类型，有如下几种。
l all:缓冲全部insert,delete标记操作和purge操作, 建议选择默认的all。
l none:关闭insert buffer;
l inserts:insert 标记操作
l delete:delete标记操作
l changes:未进行实际insert和delete，只标记，等待后续purge;
l purges:缓冲后台进程的purges(物理删除)操作.
两次写（dourble write）
插入缓冲带来针对普通索引插入性能上的提升，而double write就是保证吸入的安全性，防止系统宕机。InnoDB发生数据页部分写（partial page write）问题，redo log文件记录的是页的物理记录，如果页损坏就无法进行恢复，就用binlog恢复原来的页，再通过redo log恢复。
双写缓冲位于系统表空间中的存储区域，吸入顺序如下：
l InnoDB缓冲池中脏页被写入数据文件之前，读先写入double write buffer。
l 然后分两次从double write buffer,每次将1MB大小数据写入磁盘共享表空间（double write）.
l 最后再从double write buffer写入数据文件。
双写缓冲不占用两倍IO，double 是一个大型的连续快，会通过一次fsync()通知操作系统。
自使用哈希索引
InnoDB可以监控索引的搜索，如注意到查询可通过建立哈希索引得到优化，就会自动完成。通过innodb_adaptive_hash_index参数控制。
从5.7.8开始，自适应哈希索引搜索系统是分区的，每个索引绑定到一个特殊的分区上面，各个分区都有自己的锁存器来进行维护。分区通过innodb_adaptive_hash_index_parts参数控制，默认值8各，最大512，通过分区设置，可降低争用，提高并发。
通过show engine innodb status命令输出的semaphores部分监控自使用哈希索引的使用及其竞争情况。如看到许多线程等待一个再btr0sea.c中创建的RW-latch,则它可能被用于禁用自适应哈希索引。
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