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MySQL之BufferPool

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前言

提示：这里可以添加本文要记录的大概内容：

本文会介绍free链表，flush链表，LRU链表是什么，以及在Buffer pool中的作用与使用

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一、free链表

1.1结构简图

1.2 结构说明

free链表组成: 由双向链表构成，free_pre指向上一个节点，free_next指向下一个节点，基节点中count代表空闲节点数量

free链表作用: free链表管理BufferPool中空闲缓冲页,BufferPool初始化后，所有缓冲页都是空闲,每个缓冲页对应的控制块都会加入free链表中

free链表基节点：管理free链表的节点，由free链表的头节点地址，尾节点地址，以及当前链表中节点的数量等信息。另外开辟的内存，不保存在BufferPool中

free链表使用: 从磁盘中加载一个页到BufferPool中时，检查hash表中是否已经加载该缓冲页(了解hash表结构)，如果加载了，则直接读取，如果没有则从free链表中取出一个空闲缓冲页，并将该缓冲页对应的控制块信息填入，然后把该缓冲页对应的free链表节点(控制块)从free链表中移除，count-1

二、flush链表

2.1 结构简图

2.2 结构说明

flush链表组成: 由双向链表构成，free_pre指向上一个节点，free_next指向下一个节点，基节点中count代表脏页节点数量

flush链表作用: 管理脏页，将需要刷新到磁盘的脏页保存在flush链表中

flush链表使用: 同样产生了脏页就加到flush链表中，等待刷新到(同步)磁盘中

三、LRU链表

3.1 结构简图

LRU链表组成: 全称Least Recently Used链表。由双向链表构成，free_pre指向上一个节点，free_next指向下一个节点，基节点中count代表节点数量

LRU链表作用: 解决BufferPool内存有限问题，淘汰使用的比较少的缓冲页。按照最少使用原则进行淘汰

LRU链表使用: 如果该页不在BufferPool中，将该页从磁盘加载到BufferPool的缓冲页时，将free链表节点减去，把该缓冲页对应得控制块作为节点塞到LRU链表得头部，如果以及加载在BufferPool中，则将该页对应得控制块移动到LRU链表得头部

LRU链表的局限性:预读问题, 针对全表扫描时占用大量使用频率非常低的页面问题。这两种问题都严重降低了BufferPool的命中率

3.2 LRU优化后结构简图

LRU链表的优化点：如图，将LRU链表分为young区域和old区域。其中young区域存储热点数据，old区域存储使用频率低的数据。
可通过系统变了innodb_old_blocks_pct控制，old区域默认占比37%

LRU链表的优化内容：

• 针对 预读问题：初次加载到BufferPool的缓冲页对应的控制块会放到old区域的头部，这样既不会影响到young中的热点数据，如果预读后不进行访问则会逐渐被淘汰
• 针对 针对全表扫描时占用大量使用频率非常低的页面问题：我们知道全表扫描时会对每一条数据进行访问，而数据都存在页中，所以全表扫描时会对页进行多次访问，所以针对预读问题能解决的办法并不适用于全表扫描问题，故此提供了一个时间间隔来处理该问题。
  对全表扫描加入old区域的缓冲页，进行第一次访问时记录这个时间点，如果后续访问时间与第一次访问的时间点在某个时间点内(系统变量innodb_old_blocks_time控制这个时间点大小,默认值为1000ms)，那么该页面就不会从old区域移动到young区域，否则会将其移动到young区域的头部

其它优化方式: 目的提高BufferPool命中率

• 优化问题：young区域缓冲页每次访问一个缓冲页就要将该缓冲页移动到LRU链表头部，移动频率较高

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为了管理好BufferPool，还有很多链表结构,unzip LRU链表，zip clean链表等等

附录

脏页: 与磁盘上的页数据不一致的缓冲页(其实也就是内存与磁盘数据不一致),这类页需要与磁盘同步

redo日志:记录数据库修改删除操作，满足系统崩溃后数据还能保证恢复的功能(持久性)。

lsn值: lsn值代表系统写入的redo日志量的一个总和

checkpoint: 因为redo日志文件组容量有限，所以redo日志是循环使用的，而checkpoint就是覆盖的redo日志操作

预读问题:预读出的数据，用不到的话就会白白占用BufferPool内存，同时还可能挤压到其他语句在BufferPool中的内存空间
InnoDB提供了预读功能：如果InnoDB认为执行当前请求时，可能会在后面读取某些页面，就会预先将这些页面加载到BufferPool中。根据触发方式分为：

• 线性预读：由系统变量innodb_read_ahead_threshold控制，默认值是56。如果顺序访问某个区的页面超过这个系统变量，就会触发一次异步读取下一个区中全部的页面到BufferPool中的请求。
• 随机预读：由系统变量innodb_random_read_ahead控制，默认值为OFF(关闭)。如果某个区的13个连续的页面都被加载到BufferPool中，无论这个页面是不是顺序读取，都会触发一次异步读取本区中所有其他页面到BufferPool中的请求。

针对全表扫描时，占用大量使用频率非常低的页面问题: 全表扫描读取大量页，而BufferPool又没有足够空间容纳的话，就会将其他语句占用的BufferPool空间给覆盖，这样其他语句在执行的时候又需要重新从磁盘中加载页到BufferPool中。
使用频率非常低的页占用了使用频率非常高的页在BufferPool的内存，严重降低了BufferPool的命中率。

区：表空间的页太多了，为了更好的管理这些页，InndDB提出来区的概念，对于16kb的页来说，连续的64个页就是一个区，也就是一个区默认占用1M空间，每256个区划分为一组

其它：一般情况下都是后台线程对flush链表与LRU链表刷脏页，但是如果当前系统页面修改操作十分频繁，这就导致redo日志的操作十分频繁，系统lsn值增长过快，后台线程不能将脏页快速刷出，无法及时执行checkpoint，可能就会用到用户线程刷脏页(只有刷完脏页了，redo日志才会失效，才可以执行checkpoint),当然用用户线程刷脏页，肯定会影响到mysql效率,读写分离，能提高效率也有解决这一层问题的原因

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想要体系的了解BufferPool，建议看书。
作者写的很好，通俗易通，读之前建议读者先了解基本的数据结构，有过mysql使用经验的读起来会更有趣

参考资料： 《MySQL是怎样运行的》