MySQL实践篇-为什么MySQL会”抖“一下

你的SQL语句为什么变慢了？

通过WAL机制，知道了，InnoDB在处理更新语句的时候，只做了写日志这个磁盘操作。这个日志叫 redo log(重做日志)、也就是掌柜用来记账的粉板，在更新完内存写完redo log后，就返回给客户端，本次更新成功。

类比一下：掌柜记账的账本是数据文件，记账用的粉板是日志文件(redo log),掌柜的记忆就是内存。

掌柜总要找时间把账本更新一下，对应的就是把内存里的输入写入磁盘的过程，术语就是flush。在这个flush操作执行之前，孔乙己的赊账总额，其实和掌柜手中的账本里面的记录是不一致的，因为孔乙己今天的赊账金额还只在粉板上，而账本里的记录是老的，还没把今天的赊账算进去。

当内存数据页跟磁盘数据页内容不一致的时候，我们称内存页为“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”

平时执行很快的更新操作，其实就是在写内存和日志，而MySQL偶尔会“抖”一下的那个瞬间，可能就是在刷脏页(flush)。

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，粉板写满了，记不下了。这时候如果再有人来赊账，掌柜就只能放下手里的活儿，将粉板上的记录擦掉一些，流出空位以便继续记账。当然擦掉之前，必须先将正确的账目记录到账本中才行。
  对应的场景就是InnoDB的redo log写满了。这个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。
  
  checkpoint可不是随便往前修改下一个位置就可以的，把checkpoint位置从cp推进到CP’，就需要将两个点之间的日志(浅绿色部分),对应的所有脏页都flush到磁盘上。之后，图中write pos到CP‘之间就是可以再写入redo log的区域。

• 第二种场景，这一天生意太好了，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帐先加进去。
  这种场景，对应的就是系统内存不足，当需要新的内存页，而内存不够的时候，就要淘汰一些数据页，空出来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。
  这时候难道不能直接把内存淘汰掉，下次需要请求的时候，从磁盘读入数据页，然后拿redo log出来应用不就行了？这里其实是从性能考虑的，如果刷脏页一定会写盘，就保证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。

• 第三种场景，生意不忙的时候，或者打烊之后，这时候柜台没事，掌柜闲着，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，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。

• 第四种场景，年底了酒店关门，需要把账节结清一下。
  这种场景，对应的MySQL正常关闭的情况。这时候，MySQL会把内存的脏页flush到磁盘上。

接下来分析一下四种场景对性能的影响：

主要关注第一种，和第二种。

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，搜有的更新都必须堵住。

第二种是”内存不够用了，要先将脏页写到磁盘“，这中情况其实是常态。**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，还没使用的；
• 第二种，使用了并且是干净页；
• 第三种，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。

当要读入的数据页没有内存的时候，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；如果是脏页，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，但是出现以下两种情况，就会明显影响性能：

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，来尽量避免上面这个两种情况。

InnoDB刷脏页的控制策略

首先，要正确告诉InnoDB所在主机的IO能力，这样InnoDB才能知道需要全力刷脏页的时候，可以刷多快。

这就要用到innodb_io_capacity这个参数，它会告诉InnoDB你到磁盘能力。这个值设置称磁盘的IOPS。词筽安的IOPS可以通过fio这个工具来测试，下面的语句用来测试磁盘随机读写的命令：

fio -filename=$filename -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -ioengine=psync -bs=16k -size=500M -numjobs=10 -runtime=10 -group_reporting -name=mytest 

其实，因为没能正确地设置innodb_io_capacity参数，而导致的性能问题也比比皆是。MySQL的写入速度很慢，TPS很低，但是数据库主机的IO压力并不大。经过排查，发现罪魁祸首就是这个参数的设置出现了问题。

主机磁盘用的SSD，但是innodb_io_capacity的值设置是300。于是，InnoDB认为系统能力就这么差，所以刷脏页刷的特别慢，甚至比脏页生成的速度还慢，这就造成脏页累积，影响了查询和更新性能。

虽然我们现在已经定义了“全力刷脏页”的行为，但平时总不能一直是全力刷吧？毕竟磁盘能力不能只用来刷脏页，还需要服务用户请求。所以接下来，我们讨论InnoDB怎么控制引擎按照“全力”的百分百来刷脏页。

如果设计策略控制刷脏页的速度，会参考哪些因素？

刷的慢会导致，内存脏页太多，其次是redo log写满。

所以，InnoDB的刷盘速度就要参考这个两个因素：一个是脏页比例，一个是redo log写盘速度。

InnoDB会根据这个两个因素先单独算出两个数字。

参数innodb_max_dirty_pages_pct是脏页比例上限，默认值是75%。InnoDB会根据当前的脏页比例(假设为M),算出一个范围在0到100之间的数字，计算这个数字的伪代码类似这样：

F1(M)
{
  if M>=innodb_max_dirty_pages_pct then
      return 100;
  return 100*M/innodb_max_dirty_pages_pct;
}

InnoDB每次写入的日志都有一个序号，当前写入的需要跟checkpoint对应的序号之间的差值，我们假设为N。InnoDB会根据这个N算出一个范围在0到100之间的数字，这个计算公式记为F2(N)。

根据上述算得的F1(M)和F2(N)这两个值，取其中比较大的值记为R，之后引擎就可以按照innodb_io_capacity定义的能力乘以R%来控制刷脏页的速度。

InnoDB会在后台刷脏页，而刷脏页的过程是将内存页写入磁盘。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，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%。

脏页比例是通过Innodb_buffer_pool_pages_dirty/Innodb_buffer_pool_pages_total得到的。

mysql> select VARIABLE_VALUE into @a from global_status where VARIABLE_NAME = 'Innodb_buffer_pool_pages_dirty';
select VARIABLE_VALUE into @b from global_status where VARIABLE_NAME = 'Innodb_buffer_pool_pages_total';
select @a/@b;

一旦一个查询请求需要在执行过程中先flush掉一个脏页时，这个查询就可能要比平时慢了。而MySQL中的一个机制，可能让你的查询会更慢：在准备刷一个脏页的时候，如果这个数据页旁边的数据页刚好是脏页，就会把这个“邻居”也带着一起刷掉；而且这个把“邻居”拖下水的逻辑还可以蔓延，也就是对每个邻居数据页，如果跟他相邻的数据页也还是脏页的话，也会被放到一起刷。

在InnoDB中，innodb_flush_neighbors参数就是用来控制这个行为的，值为1的时候会有上述事务“连坐”机制，值为0时表示不找邻居，自己刷自己的。

找“邻居”这个优化在机械硬盘时代是很有意义的，可以减少很多随机IO。机械硬盘的随机IOPS一般只有几百，相同的逻辑曹祖耦减少随机IO就意味着系统性能的大幅度提升。

而如果使用的SSD这类IOPS比较高的设备的话，建议把innodb_flush_neighbors的值设置成0.因为这时候IOPS往往不是瓶颈，而是“只刷自己”,就能更快地执行完必要的刷脏页操作，减少SQL语句响应时间。

一个内存配置为128GB、innodb_io_capacity设置成20000的大规格实例，建议将redo log设置成4个1GB文件。