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Buffer Pool

什么是 Buffer Pool？

Buffer Pool 是数据库管理系统（DBMS）中的一块 Cache（内存区域），用来缓存从磁盘中读取到的 Data Pages（数据页）。Data Pages 通常是表中的数据行与索引数据，通过缓存 Data Pages，Buffer Pool 可以大大减少对磁盘的访问，提高 DB 的性能。

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为什么需要 Buffer Pool？

1. 磁盘 I/O 性能瓶颈

• 数据库通常将数据存储在磁盘中，而磁盘 I/O 相对于内存访问速度会慢很多，尤其是大型数据库，磁盘 I/O 成为性能的主要瓶颈。
• Buffer Pool 的出现，完美地解决了这一问题，它通过缓存从磁盘中读取到的数据，在内存中保存一个副本，从而减少对磁盘的访问。

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2. 减少磁盘读取，提高性能

• 读数据：

• • 如果数据存在于 Buffer Pool 中，客户端直接读取。
  • 不在，去磁盘中读取，并加载到 Buffer Pool。

• 修改数据：

• • 该数据在 Buffer Pool 中，直接修改 Buffer Pool 中数据所在的页，然后将其设置为脏页
  • 脏页（Dirty Pages）：该页的内存数据和磁盘上的不一致了。
  • 后台写入（Flush）：为了减少磁盘 I/O，不会立即将脏页写入磁盘，后续由后台线程择机异步将脏页写入磁盘。

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Buffer Pool 缓存什么？

1. InnoDB 分页

• InnoDB 会把存储的数据分为若干个【页】，以页（默认 16KB）作为磁盘交互的基本单位，因此 Buffer Pool 同样需要按【页】来划分。

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2. Buffer Pool 初始化内存

• MySQL 启动时，InnoDB 会为 Buffer Pool 申请一片连续的内存空间，然后按照默认的 16KB 大小划分出一个一个的页，即缓存页。

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3. MySQL 为什么启动时虚拟内存很大，物理内存却很小？

• 这是因为这些被分配的虚拟内存被访问时，OS 才会触发中断缺页机制，申请物理内存，接着将虚拟内存和物理地址建立映射关系。

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4. Buffer Pool 中的各种页

• 数据页：包含用户表中的行数据。
• 索引页：存储主键索引和辅助索引结构。
• undo 页：支持事务回滚的日志记录。
• redo log 页：保证事务持久性的日志页。
• 插入缓冲：加速非主键索引的插入操作。
• 元数据：缓存数据库的元数据信息。
• 锁页：缓存锁信息，避免重复加锁。

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5. 查询一条记录只缓冲一条记录吗？

• 懂得了 InnoDB 的分页机制后，我们就会知道磁盘交互的基本单位是页，查询一条记录时，会将整个页的数据加载到 Buffer Pool 中，再通过页中的【页目录】定位到需要查询的具体记录。

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