buffer pool详解

buffer pool是什么?

• 是一块内存区域，当数据库操作数据的时候，把硬盘上的数据加载到buffer pool，不直接和硬盘打交道，操作的是buffer pool里面的数据
• 数据库的增删改查都是在buffer pool上进行，和undo log/redo log/redo log buffer/binlog一起使用，后续会把数据刷到硬盘上
• 默认大小 128M

数据页

• 磁盘文件被分成很多数据页，一个数据页里面有很多行数据
• 一个数据页默认大小 16K
• 更新一行数据，实际上是把行数据所在的 数据页 整个加载到buffer pool中
  

缓存页

• buffer pool中存放的数据页我们叫缓存页，和磁盘上的数据页是一一对应的，都是16KB
• 缓存页的数据，是从磁盘上加载到buffer pool当中的

缓存页描述信息（描述信息块）

• 存的是 数据页所属的表空间号，数据页编号，数据页地址等信息
• 放在缓存页的前面
• 每个描述信息块大小是缓存页的5%左右，大约是 1610240.05=800个字节

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buffer pool初始化

1 数据库只要一启动，就会按照你设置的Buffer Pool大小，稍微再加大一点，去找操作系统申请一块内存区域，作为Buffer Pool的内存区域
2 然后当内存区域申请完毕之后，数据库就会按照默认的缓存页的16KB的大小以及对应的800个字节左右的描述数据的大小，在Buffer Pool中划分出来一个一个的缓存页和一个一个的他们对应的描述数据

free链

• 作用：帮助我们找到空闲的缓存页
• 是一个双向链表，链表节点是空闲的缓存页对应的描述信息块（空的缓存页）
• 链表上除了描述信息块，还有一个基础节点，存储了free链有多少个描述信息块，也就是有多少个空闲的缓存页
• 当我们加载数据的时候，会从free链中找到空闲的缓存页，把数据页的表空间号和数据页号写入描述信息块；加载数据到缓存页后，会把缓存页对应的描述信息块从free链表中移除

怎么知道数据页是否被缓存？

• 数据库中有一个 数据页缓存哈希表，用表空间号+数据页号，作为一个key，然后缓存页的地址作为value
• 表空间号+数据页号 = 缓存页地址

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什么是脏缓存页？

• 被更新过的缓存页，数据和磁盘上的数据不一致，所以是脏缓存页
• 脏缓存页的数据是要刷到磁盘上的

flush链表

• 是一个双向链表，链表结点是被修改过的缓存页的描述信息块（更新过的缓存页）
• 作用：帮我们找到脏缓存页，也就是需要刷盘的缓存页
• 和free链表一样，也有一个基础结点，链接首尾结点，并存储了有多少个描述信息块
• 最后要把flush链表上结点对应的缓存页刷盘，后台线程会在MySQL不怎么繁忙的时候，找个时间把flush链表中的缓存页都刷入磁盘中，这样被你修改过的数据，迟早都会刷入磁盘的；缓存页从flush链表中移除，加入到free链表当中

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LRU链表

• 是一个双向链表，链表结点是 非空的缓存页对应的描述信息块（有数据的缓存页，包含更新过和未更新过的缓存页，范围比flush链表大，flush链表是它的子集）
• 作用：用来淘汰不常被访问的缓存页
• LRU链表分为热数据区和冷数据区，冷数据区占了总链表的37%
  • 冷数据区是不常访问的缓存页
  • 热数据区是经常访问的缓存页

• 加载数据的时候，缓存页会放在冷数据区的头部
• 数据页加载到缓存页后，在1s之后，访问该缓存页，该缓存页会被移动到热数据区头部
• 数据页刚加载到缓存页后，在1s之内，访问该缓存页，该缓存页是不会被移动到热数据区头部的
• 什么时候会lru中的缓存页刷盘并清空？
  • 当缓存页用完的时候，把冷数据区尾部的缓存页刷盘清空，缓存页对应的信息描述块从lru链表中移除，加入到free链表当中
    
  • 有一个后台线程，他会运行一个定时任务，这个定时任务每隔一段时间就会把LRU链表的冷数据区域的尾部的一些缓存页，刷入磁盘里去，清空这几个缓存页，把他们加入回free链表去；如果该缓存页也在flush链表中（该缓存页更新过），也需要把该缓存页从flush链表中移除

• 热数据区的前1/4的缓存页如果被访问，是不会移动到热数据区头部的；后3/4的缓存页被访问了，才会移动到热数据区头部

预读机制

• 所谓预读机制，说的就是当你从磁盘上加载一个数据页的时候，他可能会连带着把这个数据页相邻的其他数据页，也加载到缓存里去
• 什么时候会触发预读机制？
  • 有一个参数是innodb_read_ahead_threshold，他的默认值是56，意思就是如果顺序的访问了一个区里的多个数据页，访问的数据页的数量超过了这个阈值，此时就会触发预读机制，把下一个相邻区中的所有数据页都加载到缓存里去
  • 如果Buffer Pool里缓存了一个区里的13个连续的数据页，而且这些数据页都是比较频繁会被访问的，此时就会直接触发预读机制，把这个区里的其他的数据页都加载到缓存里去
  • 全表扫描的时候，select * from tableName 会把该表所有的数据页都缓存到buffer pool当中

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Buffer Pool的缓存页以及几个链表的使用回顾

1. 数据库启动时，会申请内存创建buffer pool，buffer pool分成一个个缓存页及其缓存页描述信息块，描述信息块加入到free链表中
2. 数据加载到一个缓存页，free链表里会移除这个缓存页，然后lru链表的冷数据区域的头部会放入这个缓存页
3. 如果查询了一个缓存页，那么此时就会把这个缓存页在lru链表中移动到热数据区域去，或者在热数据区域中也有可能会移动到头部去
4. 如果更新了缓存页，会把该缓存页加入到flush链表中
5. 如果缓存页不够用了，会把lru冷数据区尾部的缓存页刷盘，清空；该缓存页从lru链表和flush链表中移除，加入到free链表中
6. mysql后台线程也会定时把lru冷数据区尾部的缓存页刷盘，清空；定时把flush链表中的缓存页刷盘，清空，加入到free链表中

• 总结
  • 一边不停的加载数据到缓存页里去，不停的查询和修改缓存数据，然后free链表中的缓存页不停的在减少，flush链表中的缓存页不停的在增加，lru链表中的缓存页不停的在增加和移动
  • 另外一边，你的后台线程不停的在把lru链表的冷数据区域的缓存页以及flush链表的缓存页，刷入磁盘中来清空缓存页，然后flush链表和lru链表中的缓存页在减少，free链表中的缓存页在增加

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文章和图片参考救火队长mysql