InnoDB - Critical Features

Created by : Mr Dk.

2020 / 10 / 10 14:17

Nanjing, Jiangsu, China

InnoDB 的关键特性包含：

  • Insert Buffer
  • 两次写 (Double Write)
  • 自适应哈希索引 (Adaptive Hash Index)
  • 异步 I/O (Async I/O)
  • 刷新邻接页 (Flush Neighbor Page)

Double Write

Insert Buffer 为 InnoDB 带来性能上的提升，而 Double Write 则保证了数据页的 可靠性。

如果数据库在对一个页进行写入时，数据库突然 crash，那么会出现 部分写失效。虽然可以用 redo log 对页进行恢复，但是页本身已经发生损坏，redo 没有意义 - redo 总该基于一个原本完整的页进行。因此，在应用 redo log 前，用户需要页原有状态的副本，基于这个副本来应用 redo log。

InnoDB 中的 Double Write 包含两个部分：

  • 内存中的 Double Write Buffer (2MB)
  • 磁盘上共享表空间中的连续 128 个页 (2MB)

数据库在对脏页进行写回操作时，首先通过 memcpy() 将脏页复制到内存中的 Double Write Buffer 中。由 Double Write Buffer 分两次 顺序地 写入磁盘共享表空间中，然后立刻调用 fsync() 落盘 (保证脏页全部落到磁盘上)。这一步由于内存和磁盘中空间的连续性，开销不是很大。之后再将 Double Write Buffer 中的页离散地写入各个独立表空间中。

如果在将页写入磁盘的过程中发生了崩溃，在恢复过程中，InnoDB 存储索引可以从共享表空间中找到该页的一个副本，然后再应用 redo log 进行恢复。

Adaptive Hash Index

Hash 查找速度的理论复杂度只有 O(1)，而 B+ 树的查找复杂度则取决于 B+ 树的高度，一般来说需要三到四次的查询。InnoDB 存储索引会监控对表上各索引页的查询，自动根据访问的频率和模式为某些热点页建立 hash 索引。AHI 的要求以相同的模式访问数据时才会被触发。

Hash 索引只能用来搜索等值查询。

Asynchronous I/O

与 AIO 对应的是同步 I/O，也就是进行 I/O 操作时，等待此次操作结束之后才能继续接下来的操作。如果一条 SQL 查询语句需要扫描多个索引页，依次等待多个 I/O 操作是没有必要的，完全可以一次性发出所有的 I/O 请求，然后等待所有 I/O 操作的完成。AIO 的另一个优势是可以进行 I/O Merge 操作，将多次 I/O 合并为一次。

InnoDB 1.1.x 之前的 AIO 都是 InnoDB 存储引擎的代码 模拟 实现的，而之后的版本提供了 内核级别 的 AIO 支持。而内核级别的 AIO 需要 OS 的支持 - Windows 和 Linux 都提供了相应的支持，OSX 则需要继续模拟。

Flush Neighbor Page

将一个脏页写回磁盘时，InnoDB 存储引擎会检测该页所在区的所有页，如果是脏页，那么一起刷新。通过 AIO 可以将多个 I/O 操作合并为一个 I/O 操作，在传统 机械硬盘 下有着显著优势。可以通过参数 innodb_flush_neighbors 来控制是否启动这一特性。

InnoDB 的启动、关闭和恢复

在 InnoDB 关闭时，参数 innodb_fast_shutdown 影响了以 InnoDB 为存储引擎的表的行为。取值范围为 0、1、2，默认为 1：

  • 0 表示 MySQL 关闭时，InnoDB 需要完成所有的 full purge 和 merge insert buffer，并将所有脏页写回磁盘 (耗时)
  • 1 表示不需要完成 full purge 和 merge insert buffer，但一些脏页还是会写回磁盘
  • 2 表示不完成 full purge 和 merge insert buffer，也不将脏页写回磁盘，只将日志都写入日志文件 (下次启动时需要恢复)

当使用 kill 命令关闭数据库，或上述选项为 2 时，下次启动 MySQL 时都会对 InnoDB 存储引擎管理的表进行恢复操作。