缓冲池 - MySQL 8.0官方文档笔记（五）

文档版本：8.0
来源：buffer pool
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本篇主要介绍InnoDB的缓冲池。

缓冲池（Buffer Pool）是InnoDB在内存中缓存表和索引数据的区域。通过缓冲池，那些被频繁使用的数据就能直接在内存中访问，从而加快业务处理。在MySQL专用服务器上，最多能有80%的物理内存被用作缓冲池。

为了高效地进行大量读操作，缓冲池被切分成页，每页可以装入多行记录；为了高效进行缓存管理，缓冲池用页的链表实现，通过最近最少使用（LRU）的变种算法，低频使用的数据将会从缓存中淘汰。

作为MySQL调优的一个重要方面，我们应该学会如何通过缓冲池让高频数据保持在内存中。

缓冲池LRU算法

通过LRU的变种算法，缓冲池被当作一个列表管理。当需要向池中添加新页时，最近最少被使用的页面将被移出，从而腾出空间，新页则加入到列表的中间位置。这个中点将列表划分为了两个子表：

• 靠前位置的子表储存着新（年轻）页面，这些页面是最近被访问过的。
• 靠后位置的子表存储着老页面，相较而言最近很少被访问。

这个算法使频繁访问的页面维持在新表，较少访问的页面维持在老表，老子表中的页面都是被驱逐的候选对象。

当脏页（即在缓冲池里的这段时间被更新的页面）被驱逐时，脏页中的内容将被刷回磁盘，相邻的页面也可能被刷回。

以下是算法的默认设定：

• 缓冲池的3/8被分配用作老表。
• 新值插入的“中点”，衔接了新表的尾部与老表的头部。
• 新页写入缓冲池时，在“中点”位置插入（老表的头部）。新页的插入，可以通过用户SQL查询或者InnoDB执行的预读操作触发。

和Linux内核的read-ahead机制类似，InnoDB会异步读取一组新页到缓冲池，这组页面是引擎认为可能即将用到的。
具体的预测策略有两种：1.线性预读，直接读取相邻的下一组页面；2.随机预读，将同组内剩余页面全部预读出来。
这里所谓的一组页在InnoDB中叫做“区”：extend，段、预读、双写等InnoDB的特性在读、写、分配、释放等I/O操作的基本单位都是区。

• 访问老表中的页会使之更加“年轻”，即移到新表头部。用户发起的读页操作在首次插入缓冲池后就能直接触发“年轻化”（即用户查询出的页能直接移到表头），但预读操作访问的页面不会，甚至这些页面被驱逐前也不会触发。
• 随着数据库的使用，缓冲池中不再被访问的页面逐渐向表尾移动。新表和老表中页面都会随着其他页面的“年轻化”而“衰老”。老表中的页面随着中点插入的新页面而衰老。最终，抵达老表尾部的页面将被驱逐。

默认情况下，通过用户查询读取的页直接移入新表，意味着存活时间更长。例如， mysqldump触发的扫表，或不带WHERE条件的SELECT语句，会将大量数据带进缓冲池，相应地逐出等量老数据，然而这些新数据可能不会再次使用。类似的，后台预读线程装载进缓冲池的页面，被首次访问时也将移到新表顶部。这些操作都会导致热点数据被迫移动到老表成为驱逐目标。如何去优化这种现象，详见 Section 15.8.3.3, “Making the Buffer Pool Scan Resistant”, 以及 Section 15.8.3.4, “Configuring InnoDB Buffer Pool Prefetching (Read-Ahead)”。

为什么InnoDB在设计缓冲池时没有使用标准的LRU算法，最重要的原因就是尽量去减少上述提到的扫表、预读这些操作所带来的影响。通过中间点插入，用完即扔的页面能够更快的被驱逐，能够一定程度上保护热点数据。
此外，InnoDB还提供了其他辅助策略，如：innodb_old_blocks_time，使进入缓冲池的对象必须等待一段时间（默认为1秒），才允许通过外界访问“年轻化”。

InnoDB标准监视器输出在BUFFER POOL AND MEMORY部分包含了若干有关缓冲池LRU算法操作的字段。详见Monitoring the Buffer Pool Using the InnoDB Standard Monitor。