思考mysql内核之初级系列4--innodb缓冲区管理(摘自老杨)

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　　我们在前面讨论了一些mysql的基础知识，现在将要开始进入innodb引擎，从这里开始我们将开始代码的结构分析，innodb的内容分析之后，将反过来分析查询优化引擎。今天，我们先来讨论innodb缓冲区管理。
文件：
D:\mysql-5.1.7-beta\storage\innobase\include\buf0buf.h
D:\mysql-5.1.7-beta\storage\innobase\buffer \buf0buf.c

Bingxi和alex开始交流innodb缓冲区结构（不考虑AWE的情况）。

Bingxi：“alex，咱们都知道所谓缓冲区就是将文件缓存，避免重复操作数据文件，这样可以有效地减少io。”
Alex：“是的，没错。缓冲区的大小是根据配置文件生成，配置文件中innodb_buffer_pool_size文件，除以16k就得到了对应的页面数。”
Bingxi：“嗯，是的。我们现在在debug的情况进行调试，显示的缓冲的页数为512页。也就是我们能够缓存的数据大小为512*16k=8M。这我们可以通过命令行来验证下。我们可以看到设置的大小为8388608，也就是8M，以16k一页计算，也就是512页。
mysql> show variables like 'innodb_buffer_pool_size';
+-------------------------+---------+
| Variable_name | Value |
+-------------------------+---------+
| innodb_buffer_pool_size | 8388608 |
+-------------------------+---------+
1 row in set (0.00 sec)
执行show innodb status\G;查看其中的片段。从中可以看出buffer pool size果然为512，不过呢，我怎么看到free buffers为493，也就是有19页是使用。这个就奇怪，我没有执行查询语句啊。
----------------------
BUFFER POOL AND MEMORY
----------------------
Total memory allocated 13244152; in additional pool allocated 176384
Buffer pool size 512
Free buffers 493
Database pages 19
Modified db pages 0
Pending reads 0
Pending writes: LRU 0, flush list 0, single page 0
Pages read 19, created 0, written 0
0.00 reads/s, 0.00 creates/s, 0.00 writes/s
No buffer pool page gets since the last printout
”
Alex：“因为innodb会有自己的一些系统表需要加载，也就是所谓的字典表。这个内容我们在以后讨论”
Bingxi：“嗯，好的，alex。咱们继续看buf0buf.h文件，我看buf_pool_struct是缓冲区的总结构。在其中记录了缓冲数据页管理、访问计数、LRU列表管理等等。我们先讨论下该结构的下面4个变量吧。
struct buf_pool_struct{
……
byte* frame_mem;
byte* frame_zero;
byte* high_end;
ulint n_frames;
……
};
”
Alex:“好吧，我们对着代码看吧。其实frame_mem就是分配的缓冲区的指针，但是这个指针不一定是16k对齐的，为了提升性能，进行了16k对齐，并将该值赋给frame_zero。high_end作为标识缓冲区的结尾。n_frames表示缓冲页的大小。
buf_pool_t*
buf_pool_init(
ulint max_size,
ulint curr_size,
ulint n_frames) //这三个值，在这里都是相等的。为了方便查看去掉了英文注释，建议对照代码
{
……

//果然buf_pool_t是全局缓冲区管理结构，分配全局值buf_pool
buf_pool = mem_alloc(sizeof(buf_pool_t));

……

//UNIV_PAGE_SIZE=16k,n_frames=512
//奇怪的是为什么分配了513个页，而不是512个页？
buf_pool->frame_mem = os_mem_alloc_large(
UNIV_PAGE_SIZE * (n_frames + 1),
TRUE, FALSE);

//如果分配失败，则返回
if (buf_pool->frame_mem == NULL) {

return(NULL);
}

//调整字节，也就16k字节对齐，也就是frame是16k的整数倍。
//如果buf_pool->frame_mem是16k的整数倍，那么frame=buf_pool->frame_mem
//否则frame>buf_pool->frame_mem and frame<buf_pool->frame_mem+16k,且frame能被frame整除
frame = ut_align(buf_pool->frame_mem, UNIV_PAGE_SIZE);

//frame作为缓冲区的起点
buf_pool->frame_zero = frame;
//buf_pool->high_end作为缓冲区的结尾
buf_pool->high_end = frame + UNIV_PAGE_SIZE * n_frames;
……
｝
”
Bingxi:“我明白了，也缓冲的第0页的指针地址为frame_zero，第n页为frame_zero+n*16k（n从0开始）。”
Alex：“是的，是这样的。问你个问题，怎么知道这些数据缓冲页块当中哪些是空闲的，哪些是正在用的，哪些是被修改过的？”
Bingxi: “啊，我先看下代码。厄，我找到了，应该是另外一个结构体进行控制。从下面这个结构体中，我们可以看出，该结构指向了frame地址，也就是我们刚刚提到的缓冲页块。Space与offset标识着实际的硬盘文件，这样建立起来一个映射关系。也就是space与offset对应的硬盘页，映射到了frame缓冲块。因此在这里需要512（数据缓冲页块数量）个这样的结构。
/* The buffer control block structure */
struct buf_block_struct{
……
byte* frame; /* pointer to buffer frame which
……
ulint space; /* space id of the page */
ulint offset; /* page number within the space */
……
}
”
Alex：“是的，我们继续看buf_pool_init函数的代码片段，果然将第n个block与第n个frame进行关联。
buf_pool_t*
buf_pool_init(
ulint max_size,
ulint curr_size,
ulint n_frames) //为了方便讲解，这三个值，在这里都是相等的。为了方便查看去掉了英文注释，建议对照代码。差异性，留给读者去阅读。
{
……

//分配了512个控制块，这里正好一个控制块，控制一个数据缓冲页块。
buf_pool->blocks = ut_malloc(sizeof(buf_block_t) * max_size);

//如果分配失败则返回
if (buf_pool->blocks == NULL) {

return(NULL);
}

//对应每一个控制块进行赋予对应的缓冲页指针
//第n个对应的指针为buf_pool->frame_zero + i * UNIV_PAGE_SIZE
for (i = 0; i < max_size; i++) {

//这行代码等价于：block=i + buf_pool->blocks
block = buf_pool_get_nth_block(buf_pool, i);

frame = buf_pool->frame_zero + i * UNIV_PAGE_SIZE;

//通过另外一个数组管理block数组，这里可以不考虑
*(buf_pool->blocks_of_frames + i) = block;

//调用函数，将第n个block与第n个frame进行关联
buf_block_init(block, frame);

}
……
｝
buf_block_init函数比较简单，我们跟踪进去看下。果然进行block与frame的关联了，但是呢，没有放入空闲列表。
static
void
buf_block_init(
/*===========*/
buf_block_t* block, /* in: pointer to control block */
byte* frame) /* in: pointer to buffer frame, or NULL if in
the case of AWE there is no frame */
{
block->state = BUF_BLOCK_NOT_USED;

//在这里进行block与frame的关联
block->frame = frame;

block->awe_info = NULL;

block->modify_clock = ut_dulint_zero;

block->file_page_was_freed = FALSE;

block->check_index_page_at_flush = FALSE;
block->index = NULL;

//特别注意这里，该块此时还没有放入空闲列表。
block->in_free_list = FALSE;
block->in_LRU_list = FALSE;

block->n_pointers = 0;

//创建锁
rw_lock_create(&(block->lock));
ut_ad(rw_lock_validate(&(block->lock)));

#ifdef UNIV_SYNC_DEBUG
rw_lock_create(&(block->debug_latch));
rw_lock_set_level(&(block->debug_latch), SYNC_NO_ORDER_CHECK);
#endif /* UNIV_SYNC_DEBUG */
}
”
Bingxi：“哈哈，alex，你弱了吧。你再看看，在buf_pool_init函数中紧跟着就将这些block放入了空闲列表。
buf_pool_t*
buf_pool_init(
ulint max_size,
ulint curr_size,
ulint n_frames) //这三个值，在这里都是相等的。为了方便查看去掉了英文注释，建议对照代码
{
……

for (i = 0; i < curr_size; i++) {
//获得第n个block
block = buf_pool_get_nth_block(buf_pool, i);

if (block->frame) {

//添加到空闲列表
UT_LIST_ADD_LAST(free, buf_pool->free, block);
//并设置in_free_list状态为真
block->in_free_list = TRUE;
}
……
｝
”
Alex：“嗯，差不多，就先打住了，也该睡觉了。”
Bingxi：“ok，晚安。”