MySQL缓冲池Buffer Pool

Buffer Pool作用

MySQL数据是存储在磁盘中，但是如果每次都从磁盘读取数据，性能极差。要想提高查询性能，就需要在内存中增加一块缓存区间，将磁盘中读取到的数据缓存在内存，直接读取，为此InnoDB存储引擎设计了缓冲池（Buffer pool）。

• 读取数据时，如果数据在Buffer pool中，直接从Buffer pool中读取数据，否则从磁盘中读取数据。
• 修改数据时，先将修改后数据放入Buffer pool中，并将其设置为脏页，由后台线程看向更新入磁盘中。

buffer pool大小一般为默认128MB。磁盘和内存交互的基本单位是页（16KB）。MySQL启动时申请一篇连续空间，按照16KB为基本单位划分出一个个页。缓存除了有索引页、数据页还有undo页、锁信息等。因此从磁盘读入到内存的最小单位是页。

为了方便管理缓冲池，在Buffer pool的最前面为每个缓存页都会有一个控制块来记录缓存页的表空间、页号、地址等信息。

如何管理Buffer Pool

启动MySQL服务器时，对缓冲池进行初始化，将空间分为控制块和缓存页。
如何区分空闲空间？使用链表结构，将空闲缓存页的控制块作为为链表的节点，串联起来形成Free链表。

如何管理脏页？

为了提高数据库的写功能，更新插入数据时，先将数据缓存在Buffer pool中，并将Buffer Pool中对应的页称为脏页，由后台线程择机写入到磁盘。为了快速定位那些是脏页，设计了类似出Flush链表将脏页集中管理。

如何提高Buffer Pool的性能？

首先缓冲区的大小是有限的，对于大量的数据不可能将所有的数据都缓存到Buffer Pool，所以我们希望在提高缓冲池里面数据的命中率，尽量存储经常访问的数据，很少访问的数据淘汰掉，实现这个，最常用的就是LRU（Least recently used）算法。
LRU算法思想是保证链表头部节点是最近使用过的数据，尾部放的数据最久没被使用，当从没有命中缓存，从磁盘中读取到新的数据放入链表头部，并淘汰链表尾部数据腾出空间。

基本的LRU算法并没有在MySQL中使用，因为基本的LRU算法无法规避下面两个问题：

• 预读失效；
• 缓存污染；

什么是预读失效？

MySQL的预读机制。当从磁盘中访问数据附近的数据，在未来有很大的概率也会被访问到，所以MySQL在加载数据时会把相邻的数据也会加载进来，这样可以很大概率的减少磁盘I/O。如果这些提前加载进来的数据没有被访问，这个预读操作相当于白做了，这就叫“预读失效”。
使用简单的LRU算法会把预读的数据页加载放到链表头部，Buffer pool空间不足时还需要把原来末尾的数据淘汰掉。这些预读数据如果一直没有访问，而且还占用缓冲空间，就会大大降低缓存命中率。

如何才能避免预读失效呢？
按照经验来说这些预读进来的数据还是有很大概率被访问到，所以该预读还是得预读，但是需要降低其在Buffer pool区的停留时间，让真正访问到的数据页放到链表头部（给机会还是自己要中用），保证真正的热点数据不会被淘汰数去。所以MySQL是这样设计的：
将LRU链表划分为young区和old区，把预读进来数据页先放进old区，后面真正被访问到时才将其挪入到young区链表头部，将young区数据页淘汰的放入old区头部。预读的数据后面如果一直没有被访问，优先淘汰old区的数据页，因此不会影响young区的热点数据。

预读了数据页20，原来old区尾部的10被淘汰掉：

然后预读页20被访问了，放入young区头部，有young区原来的7淘汰放入old区头部，old依次后移：

如何避免缓存失效？

当SQL语句扫描了大量的数据，在Buffer pool空间有限的情况下，则会可能吧原来存放的热点数据都替换出去，后面热点数据再次被访问是，命中率就会非常低了，因此得重新从磁盘中读取，产生大量磁盘IO，降低性能，这个过程称为缓存污染。
例如查找一条数据没有走索引：

select * from user where name = '%jie%';

上面语句会导致索引失效，因此走的是全表扫描。、
因此我们需要提高数据从old区进入young区的门槛，保证young区的数据不会轻易被替换掉MySQL是这样设计的：

• 加载到old区的数据第一次访问时间与后续访问时间间隔过小的话，缓存页就不会被从old区加载到young区，反之，超过设定的最小时间间隔，将该缓存页移动到缓存页的头部。
  时间间隔由参数innodb_old_blocks_time控制，默认1000ms。

Buffer pool中的脏页什么时候刷入磁盘？

为了提高数据库系统的性能，不能每次修改后都将buffer pool中脏页更新到磁盘，而是先将修改记录保存到redo log中（Write Ahead Log策略，写入日志文件是顺序写入没更新脏页到磁盘是随机写）。
以下几种情况会触发脏页的刷新：

• redo log 日志文件满了
• Buffer Pool空间不足，需要淘汰部分数据，如果是脏页，要先将脏页同步到磁盘
• MySQL空闲，后台线程定期更新适量的脏页数据
• MySQL正常关闭前，把所有脏页数据刷入磁盘

当开启了慢SQL监控后，欧文会友稍长时间的额SQL，可能是脏页刷新到磁盘导致。短时间内频繁出现，可考虑适当的调大Buffer Pool空间或者redo log日志大小，减少脏页刷盘率。

以上图片和内容参考答应我，这次要搞懂 Buffer Pool

就是这事，散会。