1.缓冲池

首先我们需要了解的是InnoDB 为什么需要缓冲池？

我们知道InnoDB的存储引擎是基于磁盘存储的，并将其中的记录按照页的方式进行管理。因此可将其视为基于磁盘的数据库系统（Disk-base Database）。在数据库系统中，由于CPU的速度与磁盘速度之间的鸿沟，基于磁盘的数据库系统通常采用缓冲池技术来提高数据库的整体性能。

其次缓冲池是怎么工作的？

缓冲池简单来说就是一块内存区域，通过内存的速度来弥补磁盘速度较慢对数据库性能的影响。在数据库中读取页的操作，首先将从磁盘读到的页存放在缓冲池中，这个过程称作将页“FIX”在缓冲池中。下一次再读取相同的页时，首先判断该页是否存在缓冲池中。若在则直接读取缓冲池中的页，该过程称页在缓冲池中被”命中”，否则读取磁盘上的页。

对于数据库中页的修改操作，则首先修改缓冲池中页的数据，然后在以一定频率刷新到磁盘上。这里需要注意的是，页从缓冲池刷新回磁盘的操作并不是在每一次修改页过后触发的，而是通过一种名为CheckPoint的机制刷新回磁盘。当然这也是为了提高数据库的整体性能。

缓冲池的配置通过参数innodb_buffer_pool size来设置

mysql> show variables like 'innodb_buffer_pool_size'G;
*************************** 1. row ***************************
Variable_name: innodb_buffer_pool_size
        Value: 134217728
1 row in set (0.01 sec)

缓冲池中到底缓冲了那些数据？

缓冲池中缓冲的数据页类型有：索引页、数据页、undo页（回滚）、插入缓冲(insert buffer)、自适应哈希(adaptive hash index)、InnoDB 存储的锁信息（lock info）、数据字典信息（data dictionary）等。不能简单的认为，缓冲池只是缓存索引页和数据页，他们只是占据了很大部分而已。

从InnoDB 1.0.x 版本开始，允许有多个缓冲池实例。每个页根据哈希值平均分配到不同的缓冲池实例中。这样可以减少数据库内部的资源竞争，增加数据库的并发处理能力。

可以通过innodb_buffer_pool_instances来进行设置，默认为1

mysql> show variables like 'innodb_buffer_pool_instances'G;
*************************** 1. row ***************************
Variable_name: innodb_buffer_pool_instances
        Value: 1
1 row in set (0.00 sec)

2.LRU Lis、Free List和Flush List

前面我们知道缓冲池是一块很大的内存区域，其中存放各种类型的页。

那么InnoDB 存储引擎是怎么对这么大的内存区域进行管理的呢？

数据库中的缓冲池是通过LRU （Latest Recent Used，最近最少使用）算法来进行管理的。即最频繁使用的页在LRU 列表的前端，而最少使用的页在LRU 列表的尾端。当缓冲池不能存放新读到的页时，将首先释放LRU 列表中尾端的页。

在InnoDB 存储引擎中，缓冲池中页的大小默认16KB，同样使用LRU 进行管理。不过InnoDB 存储引擎在LRU列表中加入了midpoint 位置来进行优化。即新读取到页，虽然是最新访问到的数据但并不代表是最热点的数据，所以并不是放在LRU的首部，而是midpoint的位置。这个算法在InnoDB下被称为midpoint insertion strategy。在默认配置下该位置在LRU 的5/8的位置，可以通过innodb_old_blocks_pct控制查看。

mysql> show variables like 'innodb_old_blocks_pct'G;
*************************** 1. row ***************************
Variable_name: innodb_old_blocks_pct
        Value: 37
1 row in set (0.00 sec)

我们可以看到该参数的值为 37 ，表示新读取到的页插入到LRU 列表37%的位置（大概3/8）。你可以简单的认为midpoint 前的列表为new 列表，即热点数据，后的列表为old 列表，即为旧数据。

之所以不采用数据库自带的LRU 是因为某些SQL 操作可能会使缓冲池中的页被刷新出，从而影响缓冲池的效率。比如一句SQL 更改了很多页中的数据，但是这只是一次场景需要的操作，而不是真正的热点数据。如果把这些页存入LRU首部，非常可能导致需要热点数据被刷出LRU ，下次在访问的时候又需要再次访问磁盘。

为了解决这个问题InnoDB 还引入了另一个参数进一步来管理LRU 列表，这个参数是innodb_old_blocks_time，用于表示页读取到mid 位置后需要等待多久才会被加入到LRU 列表的热端。

mysql> show variables like 'innodb_old_blocks_time'G;
*************************** 1. row ***************************
Variable_name: innodb_old_blocks_time
        Value: 1000
1 row in set (0.00 sec)

ERROR:
No query specified

mysql> set global innodb_old_blocks_time=1500;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

同理如果用户预估自己的热点数据不止63%，那么在执行SQL 语句之前，还可以通过下面的语句来减少热点页被刷出的概率

mysql> set global innodb_old_blocks_pct=20;
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

LRU列表用来管理已经读取的页，但当数据库刚启动时，LRU 列表时空的，即没有任何的页。这时页都放在Free 列表中。

当需要从缓冲池中分页时，首先先判断Free列表是否有可用的空闲页，若有则将该页从Free列表中删除，放到LRU 列表中，若没有则根据LRU 算法淘汰LRU 末端的页。

可以通过SHOW ENGINE INNODB STATUS 来观察LRU 列表及 FREE 列表的运行情况。

mysql> show engine innodb statusG;
*************************** 1. row ***************************
  Type: InnoDB
  Name:
Status:
=====================================
2018-03-12 17:03:46 0x7f7da844c700 INNODB MONITOR OUTPUT
=====================================
Per second averages calculated from the last 41 seconds
...
Buffer pool size   8191
Free buffers       7873
Database pages     318
Old database pages 0
Modified db pages  0
Pending reads      0
Pending writes: LRU 0, flush list 0, single page 0
Pages made young 0, not young 0
...

Buffer pool size共有8191 个页，总共 8191*16KB的缓冲

Free buffers 表示当前Free 列表中页的数量

Database pages 表示 LRU 中页的数量

可能的情况Free buffers 和 Database pages 的总和不等于Buffer pool size ，是因为缓冲池中的页还可能被分配给自适应哈希、Lock信息、Insert Buffer等页，而这部分不需要LRU 维护，因此不再LRU列表中。

注意：执行SHOW ENGINE INNODB STATUS 显示的不是当前InnoDB状态，而是过去某个时间范围内的状态。从上面Per second averages calculated from the last 41 seconds可以知道是过去的41秒。

LRU 列表中的页被修改过后被称为脏页（dirty page），即缓冲池中的页和磁盘中的产生了不一致。这是数据库会通过CHECKPOINT 机制将脏页刷新回磁盘，保证数据的一致性，而Flush 列表的页即为脏页列表。同时需要注意的是，脏页既存在于LRU 列表中，也存在于FLUSH 列表中。LRU 列表用来管理缓冲池中页的可用性，Flush 列表用来管理将页刷新回磁盘，两者互不影响。 Flush 也可以通过 SHOW ENGINE INNODB STATUS来查看，Modified db pages 就显示脏页的数量。

3.重做日志缓冲

InnoDB存储引擎的内存区域除了有缓冲池外，还有重做日志缓冲（redo log buffer）。InnoDB 存储引擎首先将重做日志信息先放到这个缓冲区，然后再按照一定频率将其刷新到重做日志文件。重做日志缓冲一般不用设置的很大，因为一般情况下每一秒钟就会刷新一次，所以只需要保证每秒产生的事务量在这个范围之内就行。该值由innodb_log_buffer_size 通知，默认为8MB通常情况下8MB足以满足大部分应用。因为再以下3种情况中会产生刷新操作：

Master Thread 每一秒会将重做日志缓冲刷新到重做日志文件
每个事务提交时
当重做日志缓冲池剩余空间小于1/2时。

4.额外的内存池

在InnoDB 存储引擎中，对内存的管理是通过一种称为内存堆的方式进行。在对一些数据结构本身的内存进行分配时，需要从额外的内存池中进行申请，当该区域内存不够时，会从缓冲池中进行申请。因此在申请了很大的InnoDB 缓冲池时，也应该考虑增加这个值。