12 | 为什么我的MySQL会“抖”一下？

[git-zjx]

你的 SQL 语句为什么变“慢”了

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“抖”一下的那个瞬间，可能就是在刷脏页（flush）。

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“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”

什么情况会引发数据库的 flush 过程呢？

1. InnoDB 的 redo log 写满了
   这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 往前推进时，会把对应的所有脏页都 flush 到磁盘上
2. 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。
   刷脏页一定会写盘，就保证了每个数据页有两种状态：
   a. 一种是内存里存在，内存里就肯定是正确的结果，直接返回；
   b.另一种是内存里没有数据，就可以肯定数据文件上是正确的结果，读入内存后返回。这样的效率最高。
3. MySQL 认为系统“空闲”的时候
4. MySQL 正常关闭的情况
   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

四种场景对性能的影响

1. “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。
2. “内存不够用了，要先将脏页写到磁盘”
   这种情况其实是常态。InnoDB 用缓冲池（buffer pool）管理内存，缓冲池中的内存页有三种状态：
   a. 第一种是，还没有使用的；
   b. 第二种是，使用了并且是干净页；
   c. 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。而当要读入的数据页没有在内存的时候，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；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。
   所以，刷脏页虽然是常态，但是出现以下这两种情况，都是会明显影响性能的：
   a. 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；
   b. 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，来尽量避免上面的这两种情况。

InnoDB 刷脏页的控制策略

innodb_io_capacity 参数会告诉 InnoDB 你的磁盘能力，这样 InnoDB 就能知道需要全力刷脏页的时候，可以刷多快，建议设置成磁盘的 IOPS，磁盘的 IOPS 可以通过 fio 工具测试

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

innodb_max_dirty_pages_pct 参数是脏页比例上限，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 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 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% 来控制刷脏页的速度。

InnoDB 会在后台刷脏页，而刷脏页的过程是要将内存页写入磁盘。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，你就要合理地设置 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%
其中，脏页比例是通过 Innodb_buffer_pool_pages_dirty/Innodb_buffer_pool_pages_total 得到的，具体的命令参考下面的代码：

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;

MySQL 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继续蔓延，也就是对于每个邻居数据页，如果跟它相邻的数据页也还是脏页的话，也会被放到一起刷。

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
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，相同的逻辑操作减少随机 IO 就意味着系统性能的大幅度提升。
而如果使用的是 SSD 这类 IOPS 比较高的设备的话，我就建议你把 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。

[git-zjx]

当内存不够用了，要将脏页写到磁盘，会有一个数据页淘汰机制（最久不使用），假设淘汰的是脏页，则此时脏页所对应的redo log的位置是随机的，当有多个不同的脏页需要刷，则对应的redo log可能在不同的位置，这样就需要把redo log的多个不同位置刷掉，这样对于redo log的处理不是就会很麻烦吗？

其实由于淘汰的时候，刷脏页过程不用动redo log文件的。这个有个额外的保证，是redo log在“重放”的时候，如果一个数据页已经是刷过的，会识别出来并跳过。

[git-zjx]

redo log是怎么记录对应脏页是否已经flush了？如果断电了重启导致内存丢失，前面几章说通过redo log进行数据恢复那redo log又怎么去释放空间？

不用记，重启了就从checkpoint 的位置往后扫。 如果已经之前刷过盘的, 不会重复应用redo log

[git-zjx]

innodb是如何知道一个页是不是脏页的？

每个数据页头部有LSN，8字节，每次修改都会变大。对比这个LSN跟checkpoint 的LSN，比checkpoint小的一定是干净页

[git-zjx]

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？

每次事务提交都要写 redo log，如果设置太小，很快就会被写满，这个“环”将很快被写满，write pos 一直追着 CP，这时候系统不得不停止所有更新，去推进 checkpoint，看到的现象就是磁盘压力很小，但是数据库出现间歇性的性能下跌