为什么我的MySQL会“抖”一下？

不知道你有没有遇到过这样的场景，一条 SQL 语句，正常执行的时候特别快，但是有时也不知道怎么回事，它就会变得特别慢，并且这样的场景很难复现，它不只随机，而且持续时间还很短。

1）InnoDB 在处理更新语句的时候与磁盘有关的操作是什么？

• 写日志

2）这个日志叫作什么？

• redo log（重做日志）：也就是《孔乙己》里咸亨酒店掌柜用来记账的粉板

3）更新成功的标志是什么？

• 更新内存写完 redo log ，返回给客户端。

做下类比的话，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。

4）掌柜总要找时间把账本更新这个对应数据库里面的什么操作？

• 把内存里的数据写入磁盘的过程。这个过程叫flush

5）在这个 flush 操作执行之前，孔乙己的赊账总额，跟掌柜手中账本里面的记录是一致的吗？

• 不是，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。

6）当内存数据页跟磁盘数据页内容不一致的时候，我们称这个内存页为什么？

• 脏页

7）有脏页就有干净页，那什么是干净页呢？

• 内存和磁盘上的数据页的内容一致时，这个内存页叫做干净页。

8）假设原来孔乙己欠账 10 文，这次又要赊 9 文。孔乙己赊账”的整个操作过程是怎样的？

9）平时执行很快的操作，其实是在干嘛？

• 写内存和日志

10）经过上面所学，MySQL 偶尔“抖”一下的那个瞬间可能是在干嘛？

• 在刷脏页（flush）

11）什么情况会引发数据库的 flush 过程呢？

11.1）我们还是继续用咸亨酒店掌柜的这个例子，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？

• 第一种场景是，粉板满了，记不下了

  • 这个场景，对应的就是 InnoDB 的 redo log 写满了.

• 第二种场景是，这一天生意太好，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账先加进去。

  • 这种场景，对应的就是系统内存不足。当需要新的内存页，而内存不够用的时候，就要淘汰一些数据页，空出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。

• 第三种场景是，生意不忙的时候，或者打烊之后。这时候柜台没事，掌柜闲着也是闲着，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。当然，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，即使是“生意好”的时候，也要见缝插针地找时间，只要有机会就刷一点“脏页”。

• 第四种场景是，年底了咸亨酒店要关门几天，需要把账结清一下。这时候掌柜要把所有账都记到账本上，这样过完年重新开张的时候，就能就着账本明确账目情况了。

  • 这种场景，对应的就是 MySQL 正常关闭的情况。这时候，MySQL 会把内存的脏页都 flush 到磁盘上，这样下次 MySQL 启动的时候，就可以直接从磁盘上读数据，启动速度会很快。

12）分析一下上面四种场景对性能的影响？

• 第三种第四种场景我们不需要关注性能，我们主要来看第一种和第二种。

• 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，所有的更新都必须堵住。如果你从监控上看，这时候更新数会跌为 0。

• 第二种是“内存不够用了，要先将脏页写到磁盘”，这种情况其实是常态

13）InnoDB是使用什么来管理内存的？

• 缓冲池（buffer pool）

14）缓冲池中的内存页有哪三种状态？

• 第一种是，还没有使用的；

• 第二种是，使用了并且是干净页；

• 第三种是，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。

15）当要读入的数据页没有在内存的时候，这时候该怎么办？

• 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；但如果是脏页呢，就必须将脏页先刷到磁盘，变成干净页后才能复用。

16）我们说刷脏页虽然是常态，但是出现哪两种情况，都是会明显影响性能的？

• 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；

• 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。

17）针对上面可能出现的性能影响，InnoDB做了哪些优化来避免？

• 控制脏页比例

18）InnoDB 刷脏页的控制策略是什么？

• 首先，你要正确地告诉 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 这个参数了，它会告诉 InnoDB 你的磁盘能力。这个值我建议你设置成磁盘的 IOPS。磁盘的 IOPS 可以通过 fio 这个工具来测试，下面的语句是我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 

19）因为没能正确地设置 innodb_io_capacity 参数，而导致的性能问题有哪些？

• 之前，就曾有其他公司的开发负责人说 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。经过一番排查，发现罪魁祸首就是这个参数的设置出了问题。

• 他的主机磁盘用的是 SSD，但是 innodb_io_capacity 的值设置的是 300。于是，InnoDB 认为这个系统的能力就这么差，所以刷脏页刷得特别慢，甚至比脏页生成的速度还慢，这样就造成了脏页累积，影响了查询和更新性能。

20）innodb_io_capacity的默认值是多少？

• 200，所以如果主机磁盘用的是SSD，大家建议改为20000.

21）如果你来设计策略控制刷脏页的速度，会参考哪些因素呢？

• 这个问题可以这么想，如果刷太慢，会出现什么情况？首先是内存脏页太多，其次是 redo log 写满。

• 所以，InnoDB 的刷盘速度就是要参考这两个因素：一个是脏页比例，一个是 redo log 写盘速度。

22）脏页比例上限参数是什么，默认值是多少？

• innodb_max_dirty_pages_pct，默认值是 75%。

23）实际上引擎根据哪些数据来控制刷脏页的速度？

• 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F1(M)

• InnoDB 每次写入的日志都有一个序号，当前写入的序号跟 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，这个计算公式可以记为 F2(N)。

• 根据上述算得的 F1(M) 和 F2(N) 两个值，取其中较大的值记为 R，之后引擎就可以按照 innodb_io_capacity 定义的能力乘以 R%

  

24）上面学习我们可以知道造成你从业务端感知到 MySQL“抖”了一下的原因有哪些？

• 你的查询语句在需要内存的时候可能要求淘汰一个脏页。

• 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。

25）开发的时候我们应该怎么做去避免mysql抖一下？

• 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%。

26）脏页比例是怎么得到的？

• Innodb_buffer_pool_pages_dirty/Innodb_buffer_pool_pages_total

  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;

27）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，那mysql会怎么处理？

• 一起刷掉，如果邻居的邻居也是，也一起刷掉。这个就特别影响性能了。

28）那我们可不可以让他别把邻居也干掉？

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

29）如果使用的是 SSD 这类 IOPS 比较高的设备的话，我们应该怎么做？

• 把 innodb_flush_neighbors 的值设置成 0，因为这时候 IOPS 往往不是瓶颈，而“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。

• 在 MySQL 8.0 中，innodb_flush_neighbors 参数的默认值已经是 0 了。

30）一个内存配置为 128GB、innodb_io_capacity 设置为 20000 的大规格实例，正常会建议你将 redo log 设置成 4 个 1GB 的文件。但如果你在配置的时候不慎将 redo log 设置成了 1 个 100M 的文件，会发生什么情况呢？又为什么会出现这样的情况呢？

• redo log是关系型数据库的核心啊,保证了ACID里的D。所以redo log是牵一发而动全身的操作 ，当内存数据页跟磁盘数据页不一致的时候,把内存页称为'脏页'。如果redo log 设置得太小,redo log写满.那么会涉及到哪些操作呢,我认为是以下几点: 1.把相对应的数据页中的脏页持久化到磁盘,checkpoint往前推 2.由于redo log还记录了undo的变化,undo log buffer也要持久化进undo log 3.当innodb_flush_log_at_trx_commit设置为非1,还要把内存里的redo log持久化到磁盘上 4.redo log还记录了change buffer的改变,那么还要把change buffer purge到idb 以及merge change buffer.merge生成的数据页也是脏页,也要持久化到磁盘 上述4种操作,都是占用系统I/O,影响DML,如果操作频繁,会导致'抖'得向现在我们过冬一样。 但是对于select操作来说,查询时间相对会更快。因为系统脏页变少了,不用去淘汰脏页,直接复用 干净页即可。还有就是对于宕机恢复,速度也更快,因为checkpoint很接近LSN,恢复的数据页相对较少 所以要控制刷脏的频率,频率快了,影响DML I/O,频率慢了,会导致读操作耗时长。