1. InnoDB存储引擎体系架构

内存块：

• 维护所有进程/线程需要访问的多个内部数据结构
• 缓存磁盘的数据，方便快速的读取，并在磁盘数据修改之前在这里缓存
• 重做日志缓冲

后台线程：

• 刷新内存池的数据，保证数据是最新的
• 将已经修改的数据文件保存到磁盘中
• 保证数据库在发生异常的情况下InnoDB能恢复到正常的状态
• 主要工作在master thread中完成

内存

• 内存由缓冲池、重做日志缓冲池和额外的内存池组成
• 缓冲池是占内存最多的部分，缓存的数据类型有：索引页、数据页、undo页、插入缓冲、自适应哈希索引、存储的锁信息、数据字典信息等

InnoDB存储引擎工作方式

• 将数据库文件按页（每页16k）读取到缓冲池，然后按照最近最少使用的算法（LRU）保留缓存数据。
• 如果数据发生更改，总是先修改缓存池的页（脏页），然后再保存在磁盘中

日志缓冲

• 保证持久性。即：一旦事务提交， 则其所做的修改将会永远保存到数据库中。即使系统发生崩溃,事务执行的结果也不能丢失。
• 将重做日志先放入缓冲区，然后保存在重做日志文件

额外的内存池

• 当对一些数据结构分配内存时，从额外的内存池中申请，因为缓冲池中的数据都是有意义的

2 master thread

2.1 源码分析

• 线程优先级别最高。
• 由几个循环组成：主循环（loop）、后台循环（background loop）、刷新循环（flush loop）、暂停循环（suspend loop）。

2.1.1 主循环（loop）

伪代码：

• 大部分操作在这个里面进行，分为两大部分：每秒操作和每十秒操作
• 在负载很大时，可能会有延迟（delay），每秒操作和每十秒操作可能不准确

每秒一次的操作：

• 日志缓冲刷新到磁盘，即使这个事务还没有提交（总是）
• 合并插入缓存（更新索引）
• 至多刷新100个InnoDB的缓冲池中的脏页数据到磁盘（可能）
• 如果当前没有用户活动，切换到后台循环（可能）

综上代码优化为：
每十秒一次的操作：

• 刷新100脏页到磁盘（可能）
• 合并至多5个插入缓存（总是）
• 将日志缓冲刷新到磁盘（总是）
• 删除无用的Undo页–在操作任何数据之前，首先将数据备份到一个地方（总是）
• 刷新100或者10%脏页到磁盘（总是）
• 产生一个检查点–记录哪些日志在数据恢复时需要执行，哪些已经不需要执行

伪代码如下：

2.1.2 background loop

• 数据库没有用户操作时或者数据库关闭时，就会切换到这个循环

执行的操作

• 删除无用的Undo页（总是）
• 合并20个插入缓存（总是）
• 跳回主循环（总是）
• 不断刷新100个页，直到符合条件（可能，跳flush loop中完成）

伪代码：

• 当flush loop没有事情可以做，会切换到suspend loop暂时挂起

2.2 master thread潜在的问题

• 发现InnoDB对IO是有限制的，在缓冲池向磁盘刷新有一定限制
• 如果在密集的写的应用程序中，每秒产生超过100脏页或者超过20个插入语缓存，master thread会忙不过来

解决

• 合并缓存的数量为innodb_ io_ capacity数值的5%。
• 刷新脏页的数目可以让用户根据磁盘情况设置innodb_ io_ capacity

最终修复后的伪代码：

3. 关键特性

• 插入缓存–性能
• 两次写–可靠性
• 自适应哈希索引

3.1 插入缓存

• 因为主键是表唯一标识，所以插入顺序按照主键递增（自增主键）的顺序插入。
• 因此，插入的聚集索引一般是顺序的，不需要对磁盘随机读取，所以速度很快。
• 但是一个表不止有聚集索引，索引的插入不再是顺序的

聚集索引：
索引中键值的逻辑顺序决定了表中相应行的物理顺序（索引中的数据物理存放地址和索引的顺序是一致的）

非聚集索引：
索引的逻辑顺序与磁盘上的物理存储顺序不同。

• 插入索引对于非聚集索引，不是一次性插入到索引页，先判断索引页是否在缓存池。如果在，直接插入；如果不在，先放入插入缓存，将多个插入合并在一个中(因为都是在一个索引页中)，在根据磁盘IO情况更新到磁盘中。
• 索引必须是辅助索引，索引不是唯一的
• 默认最多占一半缓存池空间

缺点：

• 由于并没有及时把索引更新到磁盘中，如果数据库宕机，则需要很多的时间恢复数据

3.2 两次写

• 当数据库宕机时，数据库可能正在写一个页面，而这个页面只写了一部分，则称之为部分写失效，从而导致数据丢失
• 如果此时直接使用Undo日志，由于页出现了损坏，所以此时是无意的
• 在执行Undo日志之前，先需要一个页副本用来恢复的没有写之前的状态，再进行重做。
  
• doublewrite由两部分组成：内存中的doublewrite buffer，物理磁盘共享表中的两个区
• 在缓冲池脏页刷新时，先将数据拷贝到内存中的doublewrite buffer，然后在写入物理磁盘共享表中的两个区，然后在更新磁盘数据
• 由于doublewrite是连续的，所以对其的IO操作时顺序写的，开销不大

3.3 自适应哈希索引

• 哈希是一种查找办法，常用于join连接操作
• 会监控表上索引的查找，如果建立哈希索引可以提供速度，则建立哈希索引。
• 哈希索引通过缓存池中的B+数构造而来，因此建立速度很快
• 并不是整个表都需要建立哈希索引，InnoDB会根据访问的频率为某些页单独建立哈希索引

4. InnoDB Plugin

• 快速的索引重建
• 更好的多核性能
• 新的页结构
• 页压缩能力
• 更好的BLOB处理能力