InnoDB数据页什么时候合并

原创

叶金荣 2021-07-25 15:07:48 ©著作权

文章标签 mysql 文章分类 MySQL 数据库

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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，相应的数据是先打上删除标签（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会进行合并。

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。

用 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。

用 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。

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