InnoDB的Buffer Pool

一、什么是Buffer Pool？

    大家都知道mysql最终是将数据存储到磁盘上的，如果我们要访问数据就难免和磁盘进行交互。如果每次都从磁盘读取数据那么肯定会非常慢。所以为了减少磁盘I/O的开销，InnoDB的设计者就在MySQL服务器启动的时候向系统申请了一块内存用来存储数据页，这样每次只需要第一次访问一个数据页的时候才会去磁盘加载数据页到内存中，这块内存就叫Buffer Pool。

二、Buffer Pool的结构

  Buffer Pool的大小可以通过innodb_buffer_pool_size设置(默认128M,可以根据机器内存大小进行设置)。其内部被划分为与InnoDB表空间里数据页大小(默认为16k)一致的页(缓冲页)。为了更好的管理这些缓冲页，MySQL的设计者设计了一个叫做控制块的东西，这个控制块主要包含页所属的表空间的编号、页号、缓冲页在Buffer Pool中的位置、链表节点信息等信息。具体的内存空间如下图:

三、如何将数据页加载到缓存中(Buffer Pool中的链表)

1、free链表

    启动Mysql服务器的时候我们并没有直接将数据页直接加载到Buffer Pool中的，而是在程序的运行过程中不断的将磁盘上的数据页加载到内存中。那么问题来了，加载一个数据页到内存中应该放到哪个缓冲页中呢？我们又是如何知道哪个缓冲页是使用过的哪些是没有使用过的呢？这时候我们的第一个主角就要出现了---free链表。这个链表主要是用来存储空闲的数据页的。

2、flush链表

    如果我们修改了缓冲页，他就和磁盘上的数据不一致了，我们将这种缓冲也称为脏页。如果我们每次修改完一个数据页都刷新到磁盘上的，这样会严重的影响程序的性能。所以MySQL会在某个固定的时间点将脏页刷新到磁盘上，如果我们将整个Buffer Pool刷新到磁盘中，如果Buffer Pool非常大的话就会导致刷新效率低。这时候就该我们的主角flush链表闪亮登场了。flush链表是用来存储Buffer Pool中的脏页的，如果我们对一个数据页进行了修改，MySQL就会将这个缓冲页的控制块挪到flush链表中。

3、LRU链表

  Buffer的空间是有限的，我们不可能将所有的数据页都加载到Buffer Pool中。如果我们读取某个数据页的时候Buffer Pool中的空间不足该怎么办？为了解决这个问题MySQL的设计者发明了一个叫做LRU链表的东西。当我们读取一个数据页的时候如果这个数据页在Buffer Pool中我们就会将该缓冲页挪到链表的头部，如果没有在内存中，就将该数据页加载到内存中并放到链表的头部。这样使用最好的缓冲页自然就放到了链表的尾部。当Buffer Pool的内存不足时我们直接淘汰链表尾部的缓冲页就好了。

    上边的解决方案看似完美的解决了Buffer Pool内存不足的问题，其实是有问题的。大家可以思考一下两种场景：1、如果我们经常写一些全表扫描的SQL 2、Mysql会有预读功能，就是提前讲一些可能读到的数据页加载到内存中。这两个场景就会将一些不经常使用的数据页加载到内存中，导致一些我们经常使用的数据页被挤出去。为了解决这个问题MySQL的设计者讲LRU链表划分为两部分：一部分是存储访问频率比较高的数据页(热数据区)另一部分是访问频率比较少的数据页(冷数据区)。这两个部分的例是通过innodb_old_vlocks_pct参数进行设置的默认是37.

有了这两个分区在进行预读和全表扫描的时候我们就可以讲数据先放到冷数据区，如果在一定时间内再次访问的话再将该数据移动到热数据区。这个时间由innodb_old_blocks_time控制。如上图，如果我们全表扫描一个表的数据到冷数据区，如果在一秒内再次访问这些数据就不会将这些数据移动到热数据区，如果超过一秒就会将数据移动到热数据区。

    除了上边说的这些优化，对LRU链表的优化远不止这些，我们每次访问一个数据页如果都讲它放到链表的头部这样开销是不是太大了。所以MySQL在移动节点时只会将位于热数据区的后四分之一部分挪到链表的头部。

四、如何刷新脏页到磁盘

    前边我们说了MySQL会将修改过的缓冲页放到flush链表中，那么会在什么时候讲这些数据页刷新到内存中呢？MySQL刷新脏页到磁盘的方式有三个：1.BUF_FLUSH_LRU从LRU链表的尾部刷新一部分数据到磁盘2.BUF_FLUSH_LIST从垃圾链表中刷新一部分数据到磁盘3.BUF_FLUSH_SUNGLE_PAGE如果后台线程太慢LRU链表尾部也没有可以释放的缓冲页，那么用户线程会主动去刷新链表尾部的脏页到磁盘。

五、如何查看Buffer Pool的信息

    如果我们想查看Buffer Pool中的各种信息可以通过show engine innodb status命令进行查看。这些字段是什么意思我就不一一描述了如果有需要的可以去官方文档自行查看。