数据库内核月报 - 2015 / 08

MySQL · 功能分析 · MySQL表定义缓存

表定义

MySQL的表包含表名,表空间、索引、列、约束等信息,这些表的元数据我们暂且称为表定义信息。
对于InnoDB来说,MySQL在server层和engine层都有表定义信息。server层的表定义记录在frm文件中,而InnoDB层的表定义信息存储在InnoDB系统表中。例如:

 InnoDB_SYS_DATAFILES   
 InnoDB_SYS_TABLESTATS  
 InnoDB_SYS_INDEXES     
 InnoDB_SYS_FIELDS      
 InnoDB_SYS_TABLESPACES 
 InnoDB_SYS_FOREIGN_COLS
 InnoDB_SYS_FOREIGN     
 InnoDB_SYS_TABLES      
 InnoDB_SYS_COLUMNS     

注:以上都是memory表,它们内容是从实际系统表中获取的。实际上InnoDB系统表engine也是InnoDB类型的,数据也是以B树组织的。

在数据库每次执行sql都会访问表定义信息,如果每次都从frm文件或系统表中获取,效率会较低。因此MySQL在server层和InnoDB层都有表定义的缓存。以MySQL 5.6为例,参数table_definition_cache控制了表定义缓存中表的个数,server层和InnoDB层的表定义缓存共用此参数。

server层表定义缓存

server层表定义为TABLE_SHARE对象,TABLE_SHARE对象有引用计数和版本信息,每次使用flush操作会递增版本信息。
server层表定义缓存由hash表和old_unused_share链表组成,通过hash表table_def_cache以表名为key缓存TABLE_SHARE对象,同时未使用的TABLE_SHARE对象通过old_unused_share链表链接。

  • 获取TABLE_SHARE(get_table_share)
    先从HASH查找,找不到再读取frm文件加载表定义信息。同时递增引用计数。

  • 释放TABLE_SHARE(release_table_share)
    递减引用计数。当引用计数为0时,如果版本发生变化,直接删除此TABLE_SHARE。

old_unused_share链表调整:

  • 获取TABLE_SHARE时(get_table_share)
    未使用的TABLE_SHARE对象被启用,须从LRU链表取出;
    如果缓存总数超出table_definition_cache大小,须依次从old_unused_share链表尾部去除。

  • 释放TABLE_SHARE时(release_table_share)
    当引用计数为0时,如果版本没有发生变化,将TABLE_SHARE对象加入old_unused_share链表尾部。如果缓存总数超出table_definition_cache大小,须依次从old_unused_share链表尾部去除。
    真正free TABLE_SHARE对象时,如果此对象还在old_unused_share链表中,须从其中去除。

InnoDB层表定义缓存

InnoDB表定义为dict_table_t, 缓存为dict_sys_t,结构如下

struct dict_sys_t{
    ...
    hash_table_t*    table_hash;    /*!< hash table of the tables, based
                    on name */
    hash_table_t*    table_id_hash;    /*!< hash table of the tables, based
                    on id */
    ulint        size;        /*!< varying space in bytes occupied
                    by the data dictionary table and
                    index objects */
    dict_table_t*    sys_tables;    /*!< SYS_TABLES table */
    dict_table_t*    sys_columns;    /*!< SYS_COLUMNS table */
    dict_table_t*    sys_indexes;    /*!< SYS_INDEXES table */
    dict_table_t*    sys_fields;    /*!< SYS_FIELDS table */

    UT_LIST_BASE_NODE_T(dict_table_t)
            table_LRU;    /*!< List of tables that can be evicted
                    from the cache */
    UT_LIST_BASE_NODE_T(dict_table_t)
            table_non_LRU;    /*!< List of tables that can't be
                    evicted from the cache */
};

主要由hash表和LRU链表组成。

  • 两个hash表,分别按name和id,便于按name和id进行查找。

  • table_non_LRU:
    存放不放入到LRU链表的表,这些表不会从缓存中淘汰出去。那么哪些表会放入table_non_LRU链表呢?
    1. 系统表,如sys_tables sys_columns sys_fields SYS_INDEXES等;
    2. 有引用关系的表都加入table_non_LRU(dict_foreign_add_to_cache);
    3. 有全文索引的表都加入table_non_LRU(fts_optimize_add_table);
    4. 便于删表,删表前对将表加入table_non_LRU,删表时加载表时保证表仍然在缓存中,例如表corrupted时。
  • table_LRU
    不在table_non_LRU链表中的表都加入table_LRU链表中。

  • dict_table_t* sys_tables 等
    常用系统表单独标识出来,每次使用时直接取出,不需要从hash表查找。

  • LRU的维护
    既然存在table_LRU链表,我们就需要考虑LRU的调整:

    1. 将最近使用的表放入LRU头部(dict_move_to_mru
      每次按name和id查找时都会调整,参考dict_table_open_on_namedict_table_open_on_id

    2. LRU的淘汰

      • 淘汰哪些表
        LRU中表才可以淘汰,table_non_LRU中的表不参入淘汰。
        表引用计数必须为0(table->n_ref_count == 0)。
        表的索引被自适应哈希引用计数必须为0(btr_search_t->ref_count=0)。
      • 何时淘汰
        主线程控制每47(SRV_MASTER_DICT_LRU_INTERVAL)秒检查一次,只遍历一半LRU链表。
        主线程空闲时检查一次,但扫所有LRU链表,清理控制缓存表个数不能超过table_definition_cache。
      • 如何淘汰
        从LRU尾部开始,淘汰满足条件表(dict_make_room_in_cache)。

注:
1. table_non_LRU没有实际作用,主要用于debug;
2. 如果有较多引用约束的表,它们不受LRU管理,参数table_definition_cache的作用会弱化。