mysql学习 实践(4) mysql 刷脏页flash
总结
1、MySQL抖一下是什么意思？
答：抖我认为就是不稳定的意思，一个SQL语句平时速度都挺快的，偶尔会慢一下且没啥规律，就是抖啦！
2、MySQL为啥会抖一下？
答：因为运行的不正常了，或者不稳定了，需要花费更多的资源处理别的事情，会使SQL语句的执行效率明显变慢。针对innoDB导致MySQL抖的原因，主要是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MySQL“抖”了一下的原因。
3、脏页和干净页的定义是什么?
答：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”。
按照这个定义感觉脏页是不可避免的，写的时候总会先写内存再写磁盘和有没有用WAL没啥关系？
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”。
4、脏页是咋产生的？
答：因为使用了WAL技术，这个技术会把数据库的随机写转化为顺序写，但副作用就是会产生脏页。
5、啥是随机写？为啥那么耗性能？啥是顺序写？
答：随机写我的理解是，这次写磁盘的那个扇区和上一次没啥关系，需要重新定位位置，机械运动是很慢的，即使不是机械运动重新定位写磁盘的位置也是很耗时的。
顺序写我的理解是，这次写磁盘那个扇区就在上一次的下一个位置，不需要重新定位写磁盘的位置速度当然会快一些。
6、WAL怎么把随机写转化为顺序写的？
答：写redolog是顺序写的，先写redolog等合适的时候再写磁盘，间接的将随机写变成了顺序写，性能确实会提高不少。
自己理解：本来是系统应该直接更新磁盘上的数据，因为每次位置不一样，因此就是随机写；使用WAl技术以后，不写磁盘，而是先写日志。在写redo log日志的时候，其实是不停的在一个日志文件末尾追加日志的，这就是磁盘顺序写。因此也就间接的将随机写变成了顺序写。
7、引发数据库flush脏页的四种典型场景各是什么?对mysql性能的影响各是怎样的? 缓存池中的内存页有哪三种状态? 哪两种刷脏页的情况会比较影响性能?
答：四种场景如下:
- 第一种场景是，粉板满了，记不下了。这时候如果再有人来赊账，掌柜就只得放下手里的活儿，将粉板上的记录擦掉一些，留出空位以便继续记账。当然在擦掉之前，他必须先将正确的账目记录到账本中才行。
这个场景，对应的就是 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。画了一个 redo log 的示意图，这里我改成环形，便于大家理解。
图 2 redo log 状态图
- 第二种场景是，这一天生意太好，要记住的事情太多，掌柜发现自己快记不住了，赶紧找出账本把孔乙己这笔账先加进去。
这种场景，对应的就是系统内存不足。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。
你一定会说，这时候难道不能直接把内存淘汰掉，下次需要请求的时候，从磁盘读入数据页，然后拿 redo log 出来应用不就行了？这里其实是从性能考虑的。如果刷脏页一定会写盘，就保证了每个数据页有两种状态：
-
- 一种是内存里存在，内存里就肯定是正确的结果，直接返回；
- 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。
- 第三种场景是，生意不忙的时候，或者打烊之后。这时候柜台没事，掌柜闲着也是闲着，不如更新账本。
这种场景，对应的就是 MySQL 认为系统“空闲”的时候。当然，MySQL“这家酒店”的生意好起来可是会很快就能把粉板记满的，所以“掌柜”要合理地安排时间，即使是“生意好”的时候，也要见缝插针地找时间，只要有机会就刷一点“脏页”。
- 第四种场景是，年底了咸亨酒店要关门几天，需要把账结清一下。这时候掌柜要把所有账都记到账本上，这样过完年重新开张的时候，就能就着账本明确账目情况了。
这种场景，对应的就是 MySQL 正常关闭的情况。这时候，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。
上面四种场景对性能的影响如下：
其中，第三种情况是属于 MySQL 空闲时的操作，这时系统没什么压力，而第四种场景是数据库本来就要关闭了。这两种情况下，你不会太关注“性能”问题。所以这里，我们主要来分析一下前两种场景下的性能问题。
第一种是“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。
第二种是“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：
-
- 第一种是，还没有使用的；
- 第二种是，使用了并且是干净页；
- 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：
- 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；
- 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。
8、innodb_io_capacity这个参数的作用是什么，这个参数设置错误可能导致什么样的后果，如何正确的设置这个参数?
答：我们需要了解InnoDB 脏页的控制策略，以及和这些策略相关的参数。
首先，你要正确地告诉 InnoDB 所在主机的 IO 能力，这样 InnoDB 才能知道需要全力刷脏页的时候，可以刷多快。这
就要用到 innodb_io_capacity 这个参数了，它会告诉 InnoDB 你的磁盘能力。这个值我建议你设置成磁盘的 IOPS。
磁盘的 IOPS 可以通过 fio 这个工具来测试，下面的语句是我用来测试磁盘随机读写的命令：
fio -filename=$filename -direct=1 -iodepth 1 -thread -rw=randrw -ioengine=psync -bs=16k -size=500M -numjobs=10 -runtime=10 -group_reporting -name=mytest
如果这个参数设置的过小，InnoDB 就会认为这个系统的能力就这么差，所以刷脏页刷得特别慢，甚至比脏页生成的速度还慢，这样就造成了脏页累积，影响了查询和更新性能。
9、mysql如何通过innodb_io_capacity, 脏页比例(M), 当前日志序号(N)这三个指标来控制以什么样的速度去刷脏页的?
答：虽然我们现在已经定义了“全力刷脏页”的行为，但平时总不能一直是全力刷吧？毕竟磁盘能力不能只用来刷脏页，还需要服务用户请求。所以接下来，我们就一起看看 InnoDB 怎么控制引擎按照“全力”的百分比来刷脏页。
根据我前面提到的知识点，试想一下，如果你来设计策略控制刷脏页的速度，会参考哪些因素呢？
这个问题可以这么想，如果刷太慢，会出现什么情况？首先是内存脏页太多，其次是 redo log 写满。
所以，InnoDB 的刷盘速度就是要参考这两个因素：一个是脏页比例，一个是 redo log 写盘速度。
InnoDB 会根据这两个因素先单独算出两个数字。
参数 innodb_max_dirty_pages_pct 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，计算这个数字的伪代码类似这样：
1 F1(M) 2 { 3 if M>=innodb_max_dirty_pages_pct then 4 return 100; 5 return 100*M/innodb_max_dirty_pages_pct; 6 }
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，这个计算公式可以记为 F2(N)。F2(N) 算法比较复杂，你只要知道 N 越大，算出来的值越大就好了。
然后，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。
上述的计算流程比较抽象，不容易理解，所以我画了一个简单的流程图。图中的 F1、F2 就是上面我们通过脏页比例和 redo log 写入速度算出来的两个值。
现在你知道了，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：
1 mysql> select VARIABLE_VALUE into @a from global_status where VARIABLE_NAME = 'Innodb_buffer_pool_pages_dirty'; 2 select VARIABLE_VALUE into @b from global_status where VARIABLE_NAME = 'Innodb_buffer_pool_pages_total'; 3 select @a/@b;
10、innodb_flush_neighbor这个参数表示什么意思，应该如何设置?
答：一旦一个查询请求需要在执行过程中先 flush 掉一个脏页时，这个查询就可能要比平时慢了。
而 MySQL 中的一个机制，可能让你的查询会更慢：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。
在 InnoDB 中，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。
思考
1、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？（合并间隙，移动位置？）
另外，redo log的优势在于将磁盘随机写转换成了顺序写，如果需要将redo log的不同部分刷掉（刷脏页），不是就在redo log里随机读写了么？
答：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。
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
大致过程是：buffer pool里维护着一个脏页列表，假设现在redo log 的 checkpoint 记录的 LSN 为 10，现在内存中的一干净页有修改，修改后该页的LSN为12，大于 checkpoint 的LSN，则在写redo log的同时该页也会被标记为脏页记录到脏页列表中，现在内存不足，该页需要被淘汰掉，该页会被刷到磁盘，磁盘中该页的LSN为12，该页也从脏页列表中移除，现在redo log 需要往前推进checkpoint，到LSN为12的这条log时，发现内存中的脏页列表里没有该页，且磁盘上该页的LSN也已经为12，则该页已刷脏，已为干净页，跳过
2、flush和purge是不是还是有区别的？flush主要指刷新脏页，和clean进程相关？而purge是清理不再被使用的undo信息。
答：对，
flush 一般是说刷脏页，
purge一般是指清undo log,
merge一般是指应用change buffer
3、那个说fio命令会破坏硬盘的兄弟，是没用对命令。估计把-filename=/dev/sdb1 。。。这个的意思是从 分区 sdb1 的第一个扇区开始写入随机数据，去判断这个磁盘的写入速度。如果指定路径+文件名就不会出这事了~比如老师给的例子~
答：写文章的时候，作者还故意用变量，这样直接拷贝会出错，然后自己再写个路径，已经考虑了安全了😓
