InnoDB数据页什么时候合并


1. 为什么要合并数据页


2. 什么时候合并数据页



2.1 准备测试环境




2.2 找到两个相邻页




2.3 试探性逐步删除数据,接近阈值




2.4 再次只删除一条记录,验证是否合并



3. 其他补充说明



3.1 除了表级可以设置外,单个索引也可以设置合并阈值




3.2 页合并状态监控




3.3 如何适当调整阈值设置



延伸阅读

当低于设定的阈值时就进行合并
在本文开始前,可以先复习这几篇文章

1. 为什么要合并数据页

我们知道,当从InnoDB表删除数据时,相应的数据
先打上删除标签(deleted mark),而后再由purge线程执行清理工作。

清理工作结束后,如果两个相邻的数据页存储填充率低于一定程度,就会尝试合并页,以降低碎片率,提高存储效率。
或者经过多次长度变小的UPDATE操作后(将varchar列长度更新变短),数据页填充率低于一定程度也会尝试合并。
合并完毕之后,空出来的页就会被标记为空闲页,等待再分配。
这个工作是InnoDB后台线程自动完成的,无需人为干预、控制。

2. 什么时候合并数据页

MySQL官方手册 

The InnoDB Storage Engine / InnoDB Configuration / Configuring the Merge Threshold for Index Pages

 中其实已经详细说明了什么时候
进行合并。

通过调整参数 
MERGE_THRESHOLD
 的值,当InnoDB数据页填充率低于该阈值时,就会尝试进行合并页操作。

该参数默认值是 
50
,最小值是 
1
,在5.6版本之后允许自行指定设置,在5.6之前的版本中则是被硬编码的,无法修改。

When the “page-full” percentage for an index page falls below 50%, which is the default MERGE_THRESHOLD setting, InnoDB attempts to merge the index page with a neighboring page. If both pages are close to 50% full, a page split can occur soon after the pages are merged.

简言之,就是当发现两个相邻页的填充率都低于50%时,就会尝试进行合并。

2.1 准备测试环境

我们拿一个实际案例进行测试,观察InnoDB的页合并是怎么做的。
测试表DDL

CREATE TABLE `t_sk` (
`id` int(10) unsigned NOT NULL AUTO_INCREMENT,
`c1` int(10) unsigned NOT NULL DEFAULT '0',
`c2` int(10) unsigned NOT NULL,
`c3` int(10) unsigned NOT NULL,
`c4` int(10) unsigned NOT NULL,
`c5` datetime NOT NULL,
`c6` char(20) NOT NULL,
`c7` varchar(30) NOT NULL,
`c8` varchar(30) NOT NULL,
`c9` varchar(30) NOT NULL,
PRIMARY KEY (`id`),
KEY `k1` (`c1`)
) ENGINE=InnoDB COMMENT='MERGE_THRESHOLD=30';

特地设置了 MERGE_THRESHOLD=30
,看看page的填充率在高于30%时会不会发生合并。

mysql_random_data_load
灌入一些测试数据。
本文使用的MySQL版本是Percona-Server-5.7.22,下载源码后自编译的。

Server version:        5.7.22-22-log Source distribution

2.2 找到两个相邻页

随机找到其中的两个相邻的页,pageno分别是7和8。

innodb_ruby
工具扫描这两个page中的数据:

[root@yejr.run]# innodb_space -s ibdata1 -T test/t_sk -p 7 page-records > recs-no7.txt

[root@yejr.run]# cat recs-no7.txt
Record 128: (id=252)...
...
Record 15143: (id=351)...

非常巧,这个page中共有100条记录,其ID值从 252 ~ 351。
同样地,扫描8号page,也正好有100条记录,其ID值从 352 ~ 451。

2.3 试探性逐步删除数据,接近阈值

先利用 innodb_ruby
工具查看page-dump的结果:

[root@yejr.run]# innodb_space -s ibdata1 -T test/t_sk -p 7 page-dump > dump-no7.txt
...
sizes:
header 120
trailer 8
directory 52
free 1054
used 15330
record 15150
per record 151.00
...

从上面信息可以看到,每条记录平均长度是151字节,共100条记录。
如果想让填充率低于30%,那么需要删除的数据量大概是:

ceil((15150 - 16384 * 0.3) / 151) = 68

关于上述公式简要说明下:

  • 当前的数据所占字节数是:15150
  • 只剩30%填充率的字节数是:16384 * 0.3
  • 每条记录平均长度字节数是:151
    这样应该能看懂吧。
    也就是两个page分别都需要删除68条记录才会触发合并操作。

好了,针对上述两个ID值区间,先各自分别删除67条数据,只差一条数据就达到临界点,看看后续会不会发生合并。

[root@yejr.run]> delete from t_sk where id>=252 and id <= 318;
Query OK, 67 rows affected (0.01 sec)

[root@yejr.run]> delete from t_sk where id>=352 and id <= 418;
Query OK, 67 rows affected (0.00 sec)

先用 innblock
工具快速扫描:

[root@yejr.run]# innblock test/t_sk.ibd 7 16 | grep n_rows; innblock test/t_sk.ibd 8 16 | grep n_rows
slot_nums:9 heaps_rows:102 n_rows:33
slot_nums:9 heaps_rows:102 n_rows:33

确认两个page还没合并,各自都只剩33条记录。
再看两个page的填充率情况:

#扫描pageno=7
[root@yejr.run]# innodb_space -s ibdata1 -T test/t_sk -p 7 page-dump
...
sizes:
header 120
trailer 8
directory 18
free 11198
used 5186
record 5040
per record 152.00
...

#扫描pageno=8
[root@yejr.run]# innodb_space -s ibdata1 -T test/t_sk -p 8 page-dump
...
sizes:
header 120
trailer 8
directory 18
free 11200
used 5184
record 5038
per record 152.00
...

此时两个page的填充率分别是:

5040/16384 = 0.3076171875
5038/16384 = 0.3074951171

都超过了 MERGE_THRESHOLD=30
阈值,所以还没有进行合并。

2.4 再次只删除一条记录,验证是否合并

接下来,我们分别对两个page再各自删除一条记录,使得填充率低于临界点:

[root@yejr.run]> delete from t_sk where id in (319, 419);
Query OK, 2 rows affected (0.01 sec)

还是用 innblock
工具扫描,不过这次先扫描第7号page,看看是不是把8号page合并过来了。

[root@yejr.run]# innblock test/t_sk.ibd 7 16 | grep n_rows; innblock test/t_sk.ibd 8 16 | grep n_rows
slot_nums:16 heaps_rows:67 n_rows:64
slot_nums:9 heaps_rows:102 n_rows:32
...

果真如此,发现第7号page当前有64条记录,这是两个page合并之后的结果。
而第8号page因为已经被合并了,被标记为空闲page,此时已经从索引树里被摘掉了:

[root@yejr.run]# innodb_space -s ibdata1 -T test/t_sk -I PRIMARY -l 0 index-level-summary
page index level data free records min_key
4 54 0 7536 8692 50 id=1
5 54 0 15118 1086 100 id=52
6 54 0 15103 1101 100 id=152
7 54 0 9768 6456 64 id=320
9 54 0 15159 1045 100 id=452
10 54 0 15056 1150 99 id=552

很明显,第8号page已经不在列表中了。只不过page被合并后,里面的物理记录还存着,并没有立即被抹掉,等以后被重用时直接覆盖就好了。
至此,page合并试验结束。

3. 其他补充说明

3.1 除了表级可以设置外,单个索引也可以设置合并阈值

对InnoDB来说,其实整个表都是索引页,无非是聚集索引页还是辅助索引页而已。

因此,页合并阈值既可以用于聚集索引页,也可以用于辅助索引页。
只需要在创建索引时指定即可:

[root@yejr.run]> ALTER TABLE t_sk ADD INDEX k1(c1) COMMENT 'MERGE_THRESHOLD=20';

当然了,这个只能在创建索引时一次性指定,不能中途修改。
然而,表级别的合并阈值则可以在运行时修改:

[root@yejr.run]> ALTER TABLE t_sk COMMENT 'MERGE_THRESHOLD=40';
Query OK, 0 rows affected (0.01 sec)
Records: 0 Duplicates: 0 Warnings: 0

还可以通过查看元数据确认各个索引的合并阈值设置:

# 直接根据 TABLE_ID 条件查询聚集索引和辅助索引
# 如果辅助索引创建时没设置阈值,则其阈值设置直接从表级设置中继承
# 提醒:8.0中 INNODB_SYS_INDEXES 表名变成了 INNODB_INDEXES
[root@yejr.run]> SELECT * FROM INFORMATION_SCHEMA.INNODB_SYS_INDEXES WHERE select * from information_schema.innodb_sys_Indexes where TABLE_ID = 66\G
*************************** 1. row ***************************
INDEX_ID: 54
NAME: PRIMARY --聚集索引
TABLE_ID: 66
TYPE: 3
N_FIELDS: 1
PAGE_NO: 3
SPACE: 31
MERGE_THRESHOLD: 30
*************************** 2. row ***************************
INDEX_ID: 65
NAME: k1 --聚集索引
TABLE_ID: 66
TYPE: 0
N_FIELDS: 1
PAGE_NO: 8
SPACE: 31
MERGE_THRESHOLD: 20 --自行设定阈值为20%

# 或者执行SHOW语法
[root@yejr.run]> SHOW INDEX FROM t_sk\G
*************************** 1. row ***************************
Table: t_sk
Non_unique: 0
Key_name: PRIMARY
Seq_in_index: 1
Column_name: id
Collation: A
Cardinality: 494750
Sub_part: NULL
Packed: NULL
Null:
Index_type: BTREE
Comment:
Index_comment:
*************************** 2. row ***************************
Table: t_sk
Non_unique: 1
Key_name: k1
Seq_in_index: 1
Column_name: c1
Collation: A
Cardinality: 451839
Sub_part: NULL
Packed: NULL
Null:
Index_type: BTREE
Comment:
Index_comment: MERGE_THRESHOLD=20

3.2 页合并状态监控

页合并的统计情况,可以通过查询 INNODB_METRICS
表获取到。

# 先启用该metric
[root@yejr.run]> set global innodb_monitor_enable="module_index";
Query OK, 0 rows affected (0.00 sec)

# 一顿删除操作猛如虎出发页合并之后查询
[root@yejr.run]> SELECT NAME,COUNT,STATUS,COMMENT from INFORMATION_SCHEMA.INNODB_METRICS WHERE NAME LIKE 'index_page%merge%';
+-----------------------------+-------+---------+----------------------------------------+
| NAME | COUNT | STATUS | COMMENT |
+-----------------------------+-------+---------+----------------------------------------+
|
index_page_merge_attempts | 13 | enabled | Number of index page merge attempts |
| index_page_merge_successful | 1 | enabled | Number of successful index page merges |
+-----------------------------+-------+---------+----------------------------------------+

通过监控这个metric,如果发现页合并非常频繁的话,可以考虑把 MERGE_THRESHOLD
阈值调低。但是设置太低也有风险,因为合并频率降低了,结果会导致更高的数据页碎片率。

3.3 如何适当调整阈值设置

有个不便的地方是,阈值 MERGE_THRESHOLD
无法全局设定( innodb_merge_threshold_set_all_debug
参数只能用于debug版本,正常版本不可设置),而且通过  INNODB_METRICS
也无法监控到具体是哪些表上的合并操作最多。因此当发现有很高合并频率时,可能需要扫描所有表,找到那些碎片率较高的表,其产生合并的”嫌疑”应该也较高。
页分裂、合并是个平衡的艺术,如果表DDL设计的好,每条记录的长度基本上一致的话,并且没有频繁的变长更新或删除,那页合并的次数应该不会太高才对。

延伸阅读

Enjoy MySQL :)
最后多啰嗦一句,MySQL官方手册真是个宝藏,有事没事多翻翻吧。
全文完。

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