98%的DBA不知道的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)存知識(shí)點(diǎn)
| 作者 鄧英明 ，騰訊云DBA，擅長(zhǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)設(shè)計(jì)、故障診斷、性能優(yōu)化，現(xiàn)主要負(fù)責(zé)騰訊云數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL/TDSQL-C/Redis的相關(guān)工作。
在日常工作中，時(shí)不時(shí)會(huì)收到內(nèi)存使用率高的告警，那么我們應(yīng)該如何處理呢？本文將從Linux和MySQL兩個(gè)層面，介紹內(nèi)存管理的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，希望能給大家?guī)?lái)一些幫助，以便更好地應(yīng)對(duì)內(nèi)存問(wèn)題。
一、如何看懂內(nèi)存指標(biāo)
遇到內(nèi)存問(wèn)題，可以先通過(guò)free、vmstat、top等命令，進(jìn)行檢查。free命令，可以獲取系統(tǒng)內(nèi)存的總體使用情況；vmstat命令，可以實(shí)時(shí)觀察內(nèi)存的變化情況；top命令，可以進(jìn)行排序，獲取內(nèi)存占用大的進(jìn)程。這里簡(jiǎn)單介紹一下free命令輸出(以CentOS 7為例)：
- total used free shared buff/cache available
- Mem: 8008704 5234876 157920 640 2615908 2467292
- Swap: 2047 0 2047
第一行是內(nèi)存數(shù)據(jù)
1. total：內(nèi)存總大小，對(duì)應(yīng)于/proc/meminfo的MemTotal
2. used：已使用的內(nèi)存大小，對(duì)應(yīng)于/proc/meminfo的(MemTotal - MemFree - Buffers - Cached - Slab)
3. free：未使用的內(nèi)存大小，對(duì)應(yīng)于/proc/meminfo的MemFree
4. buff/cache：已使用的緩存大小，對(duì)應(yīng)于/proc/meminfo的Buffers+Cached
5. available：可供使用的內(nèi)存大小，這是一個(gè)預(yù)估值，對(duì)應(yīng)于/proc/meminfo的MemAvailable
第二行是交換分區(qū)數(shù)據(jù)
1. total：交換分區(qū)總大小，對(duì)應(yīng)于/proc/meminfo的SwapTotal
2. used：已使用的交換分區(qū)，對(duì)應(yīng)于/proc/meminfo的(SwapTotal - SwapFree)
3. free：未使用的的內(nèi)存大小，對(duì)應(yīng)于/proc/meminfo的SwapFree
這里值得注意的是，Linux操作系統(tǒng)會(huì)最大限度利用內(nèi)存，空閑內(nèi)存free少，不代表系統(tǒng)內(nèi)存不夠用了。個(gè)人建議，一方面需要觀察內(nèi)存增長(zhǎng)的整體趨勢(shì)是否逐漸趨于平穩(wěn)、以及used和buff/cache的變化情況；另一方面需要觀察是否頻繁使用到交換分區(qū)swap，當(dāng)然了，這里要避免NUMA和swapiness設(shè)置不正確帶來(lái)的干擾。
二、MySQL如何使用內(nèi)存
在MySQL中，內(nèi)存占用主要包括以下幾部分，全局共享的內(nèi)存、線程獨(dú)占的內(nèi)存、內(nèi)存分配器占用的內(nèi)存，具體如下：
全局共享
1. innodb_buffer_pool_size：InnoDB緩沖池的大小
2. innodb_additional_mem_pool_size：InnoDB存放數(shù)據(jù)字典和其他內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)存大小，5.7已被移除
3. innodb_log_buffer_size：InnoDB日志緩沖的大小
4. key_buffer_size：MyISAM緩存索引塊的內(nèi)存大小
5. query_cache_size：查詢緩沖的大小，8.0已被移除
線程獨(dú)占
1. thread_stack：每個(gè)線程分配的堆棧大小
2. sort_buffer_size：排序緩沖的大小
3. join_buffer_size：連接緩沖的大小
4. read_buffer_size：MyISAM順序讀緩沖的大小
5. read_rnd_buffer_size：MyISAM隨機(jī)讀緩沖的大小、MRR緩沖的大小
6. tmp_table_size/max_heap_table_size：內(nèi)存臨時(shí)表的大小
7. binlog_cache_size：二進(jìn)制日志緩沖的大小
內(nèi)存分配器
在MySQL中，buffer pool的內(nèi)存，是通過(guò)mmap()方式直接向操作系統(tǒng)申請(qǐng)分配；除此之外，大多數(shù)的內(nèi)存管理，都需要經(jīng)過(guò)內(nèi)存分配器。為了實(shí)現(xiàn)更高效的內(nèi)存管理，避免頻繁的內(nèi)存分配與回收，內(nèi)存分配器會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用大量?jī)?nèi)存，以供內(nèi)部重復(fù)使用。關(guān)于內(nèi)存分配器的選擇，推薦使用jemalloc，可以有效解決內(nèi)存碎片與提升整體性能。
因此，MySQL占用內(nèi)存高的原因可能包括：innodb_buffer_pool_size設(shè)置過(guò)大、連接數(shù)/并發(fā)數(shù)過(guò)高、大量排序操作、內(nèi)存分配器占用、以及MySQL Bug等等。一般來(lái)說(shuō)，在MySQL整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，剛啟動(dòng)時(shí)內(nèi)存上漲會(huì)比較快，運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)逐漸趨于平穩(wěn)，這種情況是不需要過(guò)多關(guān)注的；如果在穩(wěn)定運(yùn)行后，出現(xiàn)內(nèi)存突增、內(nèi)存持續(xù)增長(zhǎng)不釋放的情況，那就需要我們進(jìn)一步分析是什么原因造成的。
三、到底是誰(shuí)占用了內(nèi)存
在絕大多數(shù)情況下，我們是不需要花費(fèi)過(guò)多精力，去關(guān)注MySQL內(nèi)存使用情況的； 但是，也不能排除確實(shí)存在內(nèi)存占用異常的情況，這個(gè)時(shí)候我們應(yīng)該如何去進(jìn)行深入排查呢？ 其實(shí)，MySQL官方就提供了強(qiáng)大的實(shí)時(shí)監(jiān)控工具——performance_schema庫(kù)下的監(jiān)控內(nèi)存表，通過(guò)這個(gè)工具，我們可以很清晰地觀察到MySQL內(nèi)存到底是被誰(shuí)占用了、分別占用了多少。
開(kāi)啟內(nèi)存監(jiān)控
實(shí)例啟動(dòng)時(shí)開(kāi)啟
我們可以選擇，在實(shí)例啟動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟內(nèi)存監(jiān)控采集器，具體方法如下：
- vi my.cnf
- performance-schema-instrument='memory/%=ON'
禁用方法如下：
- vi my.cnf
- performance-schema-instrument='memory/%=OFF'
實(shí)例運(yùn)行時(shí)開(kāi)啟
我們也可以選擇 ，在實(shí) 例運(yùn) 行時(shí)，動(dòng)態(tài)開(kāi)啟內(nèi)存監(jiān)控采集器，具體方法如下：
- mysql> UPDATE performance_schema.setup_instruments SET ENABLED = 'YES' WHERE NAME LIKE 'memory/%';
禁用方法如下：
- mysql> UPDATE performance_schema.setup_instruments SET ENABLED = 'NO' WHERE NAME LIKE 'memory/%';
因?yàn)椴杉鞯膶?shí)現(xiàn)原理，是在內(nèi)存進(jìn)行分配/回收時(shí)，更新相對(duì)應(yīng)內(nèi)存監(jiān)控表的數(shù)據(jù)；換句話說(shuō)，就是采集器只能監(jiān)控到開(kāi)啟之后的內(nèi)存使用情況；而MySQL很大一部分內(nèi)存都是在實(shí)例啟動(dòng)時(shí)就預(yù)先分配的，因此要想準(zhǔn)確監(jiān)控實(shí)例的內(nèi)存使用率，需要在實(shí)例啟動(dòng)時(shí)就開(kāi)啟內(nèi)存采集器。
內(nèi)存監(jiān)控表
在performance_schema庫(kù)下，提供多個(gè)維度的內(nèi)存監(jiān)控表，具體如下：
memory_summary_by_account_by_event_name： 賬號(hào)緯度的內(nèi)存監(jiān)控表
memory_summary_by_host_by_event_name： 主機(jī)緯度的內(nèi)存監(jiān)控表
memory_summary_by_thread_by_event_name： 線程維度的內(nèi)存監(jiān)控表
memory_summary_by_user_by_event_name： 用戶緯度的內(nèi)存監(jiān)控表
memory_summary_global_by_event_name： 全局緯度的內(nèi)存監(jiān)控表
內(nèi)存監(jiān)控表均包括以下關(guān)鍵字段：
COUNT_ALLOC： 內(nèi)存分配次數(shù)
C OUNT_FREE： 內(nèi)存回收次數(shù)
S UM_NUMBER_OF_BYTES_ALLOC： 內(nèi)存分配大小
SUM_NUMBER_OF_BYTES_FREE： 內(nèi)存回收大小
CURRENT_COUNT_USED： 當(dāng)前分配的內(nèi)存，通過(guò)COUNT_ALLOC-COUNT_FREE計(jì)算得到
CURRENT_NUMBER_OF_BYTES_USED： 當(dāng)前分配的內(nèi)存大小，通過(guò)SUM_NUMBER_OF_BYTES_ALLOC-SUM_NUMBER_OF_BYTES_FREE計(jì)算得到
LOW_COUNT_USED： CURRENT_COUNT_USED的最小值
HIGH_COUNT_USED： CURRENT_COUNT_USED的最大值
LOW_NUMBER_OF_BYTES_USED： CURRENT_NUMBER_OF_BYTES_USED的最小值
HIGH_NUMBER_OF_BYTES_USED： CURRENT_NUMBER_OF_BYTES_USED的最大值
接下來(lái)，讓我們看一個(gè)正常運(yùn)行實(shí)例的內(nèi)存使用情況，具體如下：
- mysql> select USER,HOST,EVENT_NAME,COUNT_ALLOC,COUNT_FREE,CURRENT_COUNT_USED,SUM_NUMBER_OF_BYTES_ALLOC,SUM_NUMBER_OF_BYTES_FREE,CURRENT_NUMBER_OF_BYTES_USED from performance_schema.memory_summary_by_account_by_event_name order by CURRENT_NUMBER_OF_BYTES_USED desc limit 10;
- +------+-----------+----------------------------+-------------+------------+--------------------+---------------------------+--------------------------+------------------------------+
- | USER | HOST | EVENT_NAME | COUNT_ALLOC | COUNT_FREE | CURRENT_COUNT_USED | SUM_NUMBER_OF_BYTES_ALLOC | SUM_NUMBER_OF_BYTES_FREE | CURRENT_NUMBER_OF_BYTES_USED |
- +------+-----------+----------------------------+-------------+------------+--------------------+---------------------------+--------------------------+------------------------------+
- | NULL | NULL | memory/innodb/buf_buf_pool | 32 | 0 | 32 | 4500488192 | 0 | 4500488192 |
- | NULL | NULL | memory/innodb/os0event | 1573559 | 0 | 1573559 | 214004024 | 0 | 214004024 |
- | NULL | NULL | memory/innodb/hash0hash | 82 | 6 | 76 | 397976480 | 227067024 | 170909456 |
- | NULL | NULL | memory/innodb/log0log | 10 | 0 | 10 | 33565840 | 0 | 33565840 |
- | root | localhost | memory/innodb/std | 3650638 | 3043111 | 607527 | 160778066 | 141334898 | 19443168 |
- | NULL | NULL | memory/mysys/KEY_CACHE | 3 | 0 | 3 | 8390768 | 0 | 8390768 |
- | NULL | NULL | memory/innodb/ut0pool | 2 | 0 | 2 | 4194480 | 0 | 4194480 |
- | NULL | NULL | memory/innodb/sync0arr | 3 | 0 | 3 | 2506184 | 0 | 2506184 |
- | NULL | NULL | memory/innodb/lock0lock | 33 | 0 | 33 | 2245040 | 0 | 2245040 |
- | root | localhost | memory/innodb/mem0mem | 9897784 | 9896793 | 991 | 8845389160 | 8843147749 | 2241411 |
- +------+-----------+----------------------------+-------------+------------+--------------------+---------------------------+--------------------------+------------------------------+
- 10 rows in set (0.01 sec)
再看一個(gè)Bug #86821的場(chǎng)景，buffer pool占用最大內(nèi)存正常，但是存儲(chǔ)過(guò)程占用3GB就比較異常了，存在內(nèi)存泄漏的風(fēng)險(xiǎn)；由此可知，通過(guò)內(nèi)存監(jiān)控表，我們可以快速定位內(nèi)存異常占用問(wèn)題。
- mysql> select event_name, current_alloc, high_alloc from memory_global_by_current_bytes where current_count > 0;
- +--------------------------------------------------------------------------------+---------------+-------------+
- | event_name | current_alloc | high_alloc |
- +--------------------------------------------------------------------------------+---------------+-------------+
- | memory/innodb/buf_buf_pool | 7.29 GiB | 7.29 GiB |
- | memory/sql/sp_head::main_mem_root | 3.21 GiB | 3.62 GiB |
- | memory/innodb/hash0hash | 210.16 MiB | 323.63 MiB |
- | memory/sql/TABLE | 183.82 MiB | 190.28 MiB |
- | memory/sql/Query_cache | 128.02 MiB | 128.02 MiB |
- | memory/mysys/KEY_CACHE | 64.00 MiB | 64.00 MiB |
- | memory/innodb/log0log | 32.08 MiB | 32.08 MiB |
- | memory/innodb/parallel_doublewrite | 30.27 MiB | 30.27 MiB |
- | memory/performance_schema/table_handles | 27.19 MiB | 27.19 MiB |
- | memory/innodb/mem0mem | 19.14 MiB | 20.79 MiB |
- | memory/performance_schema/events_statements_history_long | 13.66 MiB | 13.66 MiB |
- | memory/performance_schema/events_statements_summary_by_digest.tokens | 9.77 MiB | 9.77 MiB |
另外，如果我們?cè)趦?nèi)存監(jiān)控表，看見(jiàn)一些比較陌生的event，可以翻閱官方文檔或源碼，繼續(xù)進(jìn)一步解讀，例如
memory/innodb/os0event
- /** @file include/os0event.h
- The interface to the operating system condition variables
- Created 2012-09-23 Sunny Bains (split from os0sync.h)
- *******************************************************/
memory/innodb/hash0hash
- /** @file include/hash0hash.h
- The simple hash table utility
- Created 5/20/1997 Heikki Tuuri
- *******************************************************/
四、總結(jié)
總的來(lái)說(shuō)，只要我們的操作系統(tǒng)/數(shù)據(jù)庫(kù)有一個(gè)相對(duì)合理的配置(NUMA、swapiness、jemalloc 、innodb_buffer_pool_size等等)，大多數(shù)情況是不需要關(guān)注內(nèi)存問(wèn)題的； 如果非常不幸運(yùn)地碰到內(nèi)存占用異常問(wèn)題，可以通過(guò)官方提供的實(shí)時(shí)監(jiān)控工具——內(nèi)存監(jiān)控表，快速進(jìn)行定位； 不過(guò)需要注意的是，開(kāi)啟內(nèi)存采集器也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，比如額外的內(nèi)存占用和性能損耗，一般建議是在系統(tǒng)出現(xiàn)內(nèi)存問(wèn)題之后，再重啟實(shí)例啟用，并等待復(fù)現(xiàn)。
