從運維角度來分析MySQL數(shù)據(jù)庫優(yōu)化的一些關(guān)鍵點
概述
一個成熟的數(shù)據(jù)庫架構(gòu)并不是一開始設(shè)計就具備高可用、高伸縮等特性的，它是隨著用戶量的增加，基礎(chǔ)架構(gòu)才逐漸完善。
1、數(shù)據(jù)庫表設(shè)計
項目立項后，開發(fā)部根據(jù)產(chǎn)品部需求開發(fā)項目，開發(fā)工程師工作其中一部分就是對表結(jié)構(gòu)設(shè)計。對于數(shù)據(jù)庫來說，這點很重要，如果設(shè)計不當(dāng)，會直接影響訪問速度和用戶體驗。影響的因素很多，比如慢查詢、低效的查詢語句、沒有適當(dāng)建立索引、數(shù)據(jù)庫堵塞(死鎖)等。當(dāng)然，有測試工程師的團(tuán)隊，會做壓力測試，找bug。對于沒有測試工程師的團(tuán)隊來說，大多數(shù)開發(fā)工程師初期不會太多考慮數(shù)據(jù)庫設(shè)計是否合理，而是盡快完成功能實現(xiàn)和交付，等項目有一定訪問量后，隱藏的問題就會暴露，這時再去修改就不是這么容易的事了。
2、數(shù)據(jù)庫部署
該運維工程師出場了，項目初期訪問量不會很大，所以單臺部署足以應(yīng)對在1500左右的QPS(每秒查詢率)?？紤]到高可用性，可采用MySQL主從復(fù)制+Keepalived做雙擊熱備，常見集群軟件有Keepalived、Heartbeat。
3、數(shù)據(jù)庫性能優(yōu)化
如果將MySQL部署到普通的X86服務(wù)器上，在不經(jīng)過任何優(yōu)化情況下，MySQL理論值正?？梢蕴幚?000左右QPS，經(jīng)過優(yōu)化后，有可能會提升到2500左右QPS，否則，訪問量當(dāng)達(dá)到1500左右并發(fā)連接時，數(shù)據(jù)庫處理性能就會變慢，而且硬件資源還很富裕，這時就該考慮軟件問題了。那么怎樣讓數(shù)據(jù)庫***化發(fā)揮性能呢?
一方面可以單臺運行多個MySQL實例讓服務(wù)器性能發(fā)揮到***化，
另一方面是對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行優(yōu)化，往往操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫默認(rèn)配置都比較保守，會對數(shù)據(jù)庫發(fā)揮有一定限制，可對這些配置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，盡可能的處理更多連接數(shù)。
具體優(yōu)化有以下三個層面：
3.1 數(shù)據(jù)庫配置優(yōu)化
MySQL常用有兩種存儲引擎，一個是MyISAM，不支持事務(wù)處理，讀性能處理快，表級別鎖。另一個是InnoDB，支持事務(wù)處理(ACID)，設(shè)計目標(biāo)是為處理大容量數(shù)據(jù)發(fā)揮***化性能，行級別鎖。
表鎖：開銷小，鎖定粒度大，發(fā)生死鎖概率高，相對并發(fā)也低。
行鎖：開銷大，鎖定粒度小，發(fā)生死鎖概率低，相對并發(fā)也高。
為什么會出現(xiàn)表鎖和行鎖呢?主要是為了保證數(shù)據(jù)的完整性，舉個例子，一個用戶在操作一張表，其他用戶也想操作這張表，那么就要等***個用戶操作完，其他用戶才能操作，表鎖和行鎖就是這個作用。否則多個用戶同時操作一張表，肯定會數(shù)據(jù)產(chǎn)生沖突或者異常。
根據(jù)以上看來，使用InnoDB存儲引擎是***的選擇，也是MySQL5.5以后版本中默認(rèn)存儲引擎。每個存儲引擎相關(guān)聯(lián)參數(shù)比較多，以下列出主要影響數(shù)據(jù)庫性能的參數(shù)(篇幅有限，這里只拿innodb分析)。
InnoDB參數(shù)默認(rèn)值：
- innodb_buffer_pool_size = 128M
- #索引和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小，一般設(shè)置物理內(nèi)存的60%-70%
- innodb_buffer_pool_instances = 1
- #緩沖池實例個數(shù)，推薦設(shè)置4個或8個
- innodb_flush_log_at_trx_commit = 1
- #關(guān)鍵參數(shù)，0代表大約每秒寫入到日志并同步到磁盤，數(shù)據(jù)庫故障會丟失1秒左右事務(wù)數(shù)據(jù)。1為每執(zhí)行一條SQL后寫入到日志并同步到磁盤，I/O開銷大，執(zhí)行完SQL要等待日志讀寫，效率低。2代表只把日志寫入到系統(tǒng)緩存區(qū)，再每秒同步到磁盤，效率很高，如果服務(wù)器故障，才會丟失事務(wù)數(shù)據(jù)。對數(shù)據(jù)安全性要求不是很高的推薦設(shè)置2，性能高，修改后效果明顯。
- innodb_file_per_table = OFF
- #默認(rèn)是共享表空間，共享表空間idbdata文件不斷增大，影響一定的I/O性能。推薦開啟獨立表空間模式，每個表的索引和數(shù)據(jù)都存在自己獨立的表空間中，可以實現(xiàn)單表在不同數(shù)據(jù)庫中移動。
- innodb_log_buffer_size = 8M
- #日志緩沖區(qū)大小，由于日志最長每秒鐘刷新一次，所以一般不用超過16M
3.2 系統(tǒng)內(nèi)核優(yōu)化
大多數(shù)MySQL都部署在linux系統(tǒng)上，所以操作系統(tǒng)的一些參數(shù)也會影響到MySQL性能，以下對linux內(nèi)核進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。
- net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30
- #TIME_WAIT超時時間，默認(rèn)是60s
- net.ipv4.tcp_tw_reuse = 1
- #1表示開啟復(fù)用，允許TIME_WAIT socket重新用于新的TCP連接，0表示關(guān)閉
- net.ipv4.tcp_tw_recycle = 1
- #1表示開啟TIME_WAIT socket快速回收，0表示關(guān)閉
- net.ipv4.tcp_max_tw_buckets = 4096
- #系統(tǒng)保持TIME_WAIT socket***數(shù)量，如果超出這個數(shù)，系統(tǒng)將隨機清除一些TIME_WAIT并打印警告信息
- net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 4096
- #進(jìn)入SYN隊列***長度，加大隊列長度可容納更多的等待連接
在linux系統(tǒng)中，如果進(jìn)程打開的文件句柄數(shù)量超過系統(tǒng)默認(rèn)值1024，就會提示“too many files open”信息，所以要調(diào)整打開文件句柄限制。
- * soft nofile 65535
- * hard nofile 65535
# ulimit -SHn 65535 #立刻生效
3.3 硬件配置
加大物理內(nèi)存，提高文件系統(tǒng)性能。linux內(nèi)核會從內(nèi)存中分配出緩存區(qū)(系統(tǒng)緩存和數(shù)據(jù)緩存)來存放熱數(shù)據(jù)，通過文件系統(tǒng)延遲寫入機制，等滿足條件時(如緩存區(qū)大小到達(dá)一定百分比或者執(zhí)行sync命令)才會同步到磁盤。也就是說物理內(nèi)存越大，分配緩存區(qū)越大，緩存數(shù)據(jù)越多。當(dāng)然，服務(wù)器故障會丟失一定的緩存數(shù)據(jù)。
SSD硬盤代替SAS硬盤，將RAID級別調(diào)整為RAID1+0，相對于RAID1和RAID5有更好的讀寫性能(IOPS)，畢竟數(shù)據(jù)庫的壓力主要來自磁盤I/O方面。
4、數(shù)據(jù)庫架構(gòu)擴展
這里主要思想是分解單臺數(shù)據(jù)庫負(fù)載，突破磁盤I/O性能，熱數(shù)據(jù)存放緩存中，降低磁盤I/O訪問頻率。
4.1 主從復(fù)制與讀寫分離
因為生產(chǎn)環(huán)境中，數(shù)據(jù)庫大多都是讀操作，所以部署一主多從架構(gòu)，主數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)寫操作，并做雙擊熱備，多臺從數(shù)據(jù)庫做負(fù)載均衡，負(fù)責(zé)讀操作，主流的負(fù)載均衡器有LVS、HAProxy、Nginx。
怎么來實現(xiàn)讀寫分離呢?大多數(shù)企業(yè)是在代碼層面實現(xiàn)讀寫分離，效率比較高。另一個種方式通過代理程序?qū)崿F(xiàn)讀寫分離，企業(yè)中應(yīng)用較少，常見代理程序有MySQL Proxy、Amoeba。在這樣數(shù)據(jù)庫集群架構(gòu)中，大大增加數(shù)據(jù)庫高并發(fā)能力，解決單臺性能瓶頸問題。如果從數(shù)據(jù)庫一臺從庫能處理2000 QPS，那么5臺就能處理1w QPS(理論上)，數(shù)據(jù)庫橫向擴展性也很容易。
有時，面對大量寫操作的應(yīng)用時，單臺寫性能達(dá)不到業(yè)務(wù)需求。如果做雙主，就會遇到數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)不一致現(xiàn)象，產(chǎn)生這個原因是在應(yīng)用程序不同的用戶會有可能操作兩臺數(shù)據(jù)庫，同時的更新操作造成兩臺數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)發(fā)生沖突或者不一致。在單庫時MySQL利用存儲引擎機制表鎖和行鎖來保證數(shù)據(jù)完整性，怎樣在多臺主庫時解決這個問題呢?有一套基于perl語言開發(fā)的主從復(fù)制管理工具，叫MySQL-MMM(Master-Master replication managerfor Mysql，Mysql主主復(fù)制管理器)，這個工具***的優(yōu)點是在同一時間只提供一臺數(shù)據(jù)庫寫操作，有效保證數(shù)據(jù)一致性。
4.2 增加緩存
給數(shù)據(jù)庫增加緩存系統(tǒng)，把熱數(shù)據(jù)緩存到內(nèi)存中，如果緩存中有要請求的數(shù)據(jù)就不再去數(shù)據(jù)庫中返回結(jié)果，提高讀性能。緩存實現(xiàn)有本地緩存和分布式緩存，本地緩存是將數(shù)據(jù)緩存到本地服務(wù)器內(nèi)存中或者文件中。分布式緩存可以緩存海量數(shù)據(jù)，擴展性好，主流的分布式緩存系統(tǒng)有memcached、redis，memcached性能穩(wěn)定，數(shù)據(jù)緩存在內(nèi)存中，速度很快，QPS可達(dá)8w左右。如果想數(shù)據(jù)持久化就選擇用redis，性能不低于memcached。
工作過程：
4.3 分庫
分庫是根據(jù)業(yè)務(wù)不同把相關(guān)的表切分到不同的數(shù)據(jù)庫中，比如web、bbs、blog等庫。如果業(yè)務(wù)量很大，還可將切分后的庫做主從架構(gòu)，進(jìn)一步避免單個庫壓力過大。
4.4 分表
數(shù)據(jù)量的日劇增加，數(shù)據(jù)庫中某個表有幾百萬條數(shù)據(jù)，導(dǎo)致查詢和插入耗時太長，怎么能解決單表壓力呢?你就該考慮是否把這個表拆分成多個小表，來減輕單個表的壓力，提高處理效率，此方式稱為分表。
分表技術(shù)比較麻煩，要修改程序代碼里的SQL語句，還要手動去創(chuàng)建其他表，也可以用merge存儲引擎實現(xiàn)分表，相對簡單許多。分表后，程序是對一個總表進(jìn)行操作，這個總表不存放數(shù)據(jù)，只有一些分表的關(guān)系，以及更新數(shù)據(jù)的方式，總表會根據(jù)不同的查詢，將壓力分到不同的小表上，因此提高并發(fā)能力和磁盤I/O性能。
分表分為垂直拆分和水平拆分：
垂直拆分：把原來的一個很多字段的表拆分多個表，解決表的寬度問題。你可以把不常用的字段單獨放到一個表中，也可以把大字段獨立放一個表中，或者把關(guān)聯(lián)密切的字段放一個表中。
水平拆分：把原來一個表拆分成多個表，每個表的結(jié)構(gòu)都一樣，解決單表數(shù)據(jù)量大的問題。
4.5 分區(qū)
分區(qū)就是把一張表的數(shù)據(jù)根據(jù)表結(jié)構(gòu)中的字段(如range、list、hash等)分成多個區(qū)塊，這些區(qū)塊可以在一個磁盤上，也可以在不同的磁盤上，分區(qū)后，表面上還是一張表，但數(shù)據(jù)散列在多個位置，這樣一來，多塊硬盤同時處理不同的請求，從而提高磁盤I/O讀寫性能，實現(xiàn)比較簡單。
注：增加緩存、分庫、分表和分區(qū)主要由程序猿來實現(xiàn)。
5、數(shù)據(jù)庫監(jiān)控
數(shù)據(jù)庫監(jiān)控維護(hù)是運維工程師或者DBA主要工作，包括性能監(jiān)控、性能分析、性能調(diào)優(yōu)、數(shù)據(jù)庫備份和恢復(fù)等。
5.1 性能狀態(tài)關(guān)鍵指標(biāo)
QPS，Queries Per Second：每秒查詢數(shù)，一臺數(shù)據(jù)庫每秒能夠處理的查詢次數(shù)
TPS，Transactions Per Second：每秒處理事務(wù)數(shù)
通過show status查看運行狀態(tài)，會有300多條狀態(tài)信息記錄，其中有幾個值幫可以我們計算出QPS和TPS
基于Questions計算出QPS：
- mysql> show global status like 'Questions';
- mysql> show global status like 'Uptime';
基于Com_commit和Com_rollback計算出TPS：
- mysql> show global status like 'Com_commit';
- mysql> show global status like 'Com_rollback';
- mysql> show global status like 'Uptime';
5.2 開啟慢查詢?nèi)罩?/strong>
MySQL開啟慢查詢?nèi)罩?，分析出哪條SQL語句比較慢，使用set設(shè)置變量，重啟服務(wù)失效，可以在my.cnf添加參數(shù)***生效。
mysql> set global slow-query-log=on #開啟慢查詢功能mysql> set global slow_query_log_file='/var/log/mysql/mysql-slow.log'; #指定慢查詢?nèi)罩疚募恢胢ysql> set global log_queries_not_using_indexes=on; #記錄沒有使用索引的查詢mysql> set global long_query_time=1; #只記錄處理時間1s以上的慢查詢
分析慢查詢?nèi)罩荆梢允褂肕ySQL自帶的mysqldumpslow工具，分析的日志較為簡單。
- # mysqldumpslow -t 3 /var/log/mysql/mysql-slow.log #查看最慢的前三個查詢
5.3 數(shù)據(jù)庫備份
備份數(shù)據(jù)庫是最基本的工作，也是最重要的，否則后果很嚴(yán)重，你懂得!但由于數(shù)據(jù)庫比較大，上百G，往往備份都很耗費時間，所以就該選擇一個效率高的備份策略，對于數(shù)據(jù)量大的數(shù)據(jù)庫，一般都采用增量備份。常用的備份工具有mysqldump、mysqlhotcopy、xtrabackup等，mysqldump比較適用于小的數(shù)據(jù)庫，因為是邏輯備份，所以備份和恢復(fù)耗時都比較長。mysqlhotcopy和xtrabackup是物理備份，備份和恢復(fù)速度快，不影響數(shù)據(jù)庫服務(wù)情況下進(jìn)行熱拷貝，建議使用xtrabackup，支持增量備份。
5.4 數(shù)據(jù)庫修復(fù)
有時候MySQL服務(wù)器突然斷電、異常關(guān)閉，會導(dǎo)致表損壞，無法讀取表數(shù)據(jù)。這時就可以用到MySQL自帶的兩個工具進(jìn)行修復(fù)，myisamchk和mysqlcheck。
myisamchk：只能修復(fù)myisam表，需要停止數(shù)據(jù)庫
常用參數(shù)：
- -f --force 強制修復(fù)，覆蓋老的臨時文件，一般不使用
- -r --recover 恢復(fù)模式
- -q --quik 快速恢復(fù)
- -a --analyze 分析表
- -o --safe-recover 老的恢復(fù)模式，如果-r無法修復(fù)，可以使用此參數(shù)試試
- -F --fast 只檢查沒有正常關(guān)閉的表
mysqlcheck：myisam和innodb表都可以用，不需要停止數(shù)據(jù)庫，如修復(fù)單個表，可在數(shù)據(jù)庫后面添加表名，以空格分割
常用參數(shù)：
- -a --all-databases 檢查所有的庫
- -r --repair 修復(fù)表
- -c --check 檢查表，默認(rèn)選項
- -a --analyze 分析表
- -o --optimize 優(yōu)化表
- -q --quik 最快檢查或修復(fù)表
- -F --fast 只檢查沒有正常關(guān)閉的表
總結(jié)：
由于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫初衷設(shè)計限制，一些公司海量數(shù)據(jù)放到關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，在海量數(shù)據(jù)查詢和分析方面已經(jīng)達(dá)不到更好的性能。因此NoSQL火起來了，非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，大數(shù)據(jù)量，具有高性能，同時也彌補了關(guān)系型數(shù)據(jù)庫某方面不足，漸漸大多數(shù)公司已經(jīng)將部分業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫存放到NoSQL中，如MongoDB、HBase等。數(shù)據(jù)存儲方面采用分布式文件系統(tǒng)，如HDFS、GFS等。海量數(shù)據(jù)計算分析采用Hadoop、Spark、Storm等。
