InnoDB 的缓冲页管理
Nov 11, 2021
Innodb 存储引擎将存储的数据都是以页的形式存放在表空间中，表空间是 InnoDB 对数据文件的抽象，说到底还是存储在磁盘上，我们都知道 CPU 的速度非常快，不会直接操作磁盘，于是 InnoDB 设计了一个缓存池（Buffer Pool）的机制，有数据库操作时，现将磁盘的文件导入内存进行操作，然后再通过一定机制回写到磁盘上。
缓存池是内存中的一段连续空间，其中一大部分被分为若干缓冲页，缓冲页与表空间的页一致，具体来看，缓冲池中缓存的数据类型还有：索引页、数据页、undo页、插入缓冲（insert buffer）、自适应哈希索引（adaptive hash index）、InnoDB存储的锁信息（lockinfo）、数据字典信息（data dictionary）等。不能简单地认为，缓冲池只是缓存索引页和数据页，它们只是占缓冲池很大的一部分而已。
那这些缓冲页是如何被管理的呢？
LRU List #
缓冲池是通过 LRU 算法进行管理的，即最频繁使用的页在 LRU 列表的最前端，最少使用的页在 LRU 列表的尾端。当缓冲池不能存放新读取的页时，会首先释放尾端的页。
在 InnoDB 的存储引擎中，LRU 列表中还加入了 midpoint 位置。新读取到的页，虽然是最新访问的页，但并不是直接放入到 LRU 列表的首部，而是放入到 LRU 列表的 midpoint 位置，默认情况下是 5/8 处，这也就是常说的 LRU 列表热端（new）和冷端（old）的分界点了。参数innodb_old_blocks_time 表示页读取到 mid 位置后要等待多久才能被加入到 LRU 列表的热端。
如此操作，就可以保证 LRU 的热端不会被每一次读取而频繁变动，而是根据读取频率最高的放到热端。
Free List #
LRU 列表用来管理已经读取的页，但当数据库刚启动时，LRU 列表是空的，即没有任何的页。这时页都存放在Free 列表中。当需要从缓冲池中分页时，首先从 Free 列表中查找是否有可用的空闲页，若有则将该页从 Free 列表中删除，放入到 LRU 列表中。否则，根据 LRU 算法，淘汰 LRU 列表末尾的页，将该内存空间分配给新的页。
Flush List #
在 LRU 列表中的页被修改后，称该页为脏页（dirtypage），即缓冲池中的页和磁盘上的页的数据产生了不一致。这时数据库会通过 Checkpoint 机制将脏页刷新回磁盘，而 Flush 列表中的页即为脏页列表。脏页既存在于 LRU 列表，也存在于 Flush 列表。
Checkpoint 机制 #
checkpoint 意为检查点，在数据库多个场景有用到，主要在：
- 当数据库宕机时，数据库只针对 Checkpoint 之后的重做日志进行恢复。
- 缓冲池不够用时，将脏页刷新到磁盘
InnoDB 的 Checkpoint 分为两种：
- Sharp Checkpoint 发生在数据库关闭时将所有的脏页都刷新回磁盘。
- Fuzzy Checkpoint 在数据库运行时进行页的刷新，只刷新一部分脏页。
参考 #
MySQL技术内幕：InnoDB存储引擎（第2版）