架构-浅谈MySQL数据库优化

主从复制博文：http://lizhenliang.blog.51cto.com/7876557/1290431

读写分离博文：http://lizhenliang.blog.51cto.com/7876557/1305083

MySQL-MMM博文：http://lizhenliang.blog.51cto.com/7876557/1354576

（一）数据库部署

（1）项目初期：访问量单台部署应对1500左右的QPS（每秒查询率）
（2）项目后期，考虑到高可用行，可采用MySQL主从复制+Keepalived做双机热备。常见的集群软件有Keepalived，Hearbeat。

双机热备博文：http://lizhenliang.blog.51cto.com/7876557/1362313

（二）数据库性能优化：

MySQL部署到普通的X86，在不经过优化的情况下，MySQL理论值正常可以处理2000左右QPS，

经过优化后，有可能提升到2500左右QPS。

当访问量达到1500QPS左右并发连接时，数据库处理性能就会变慢，而且硬件资源还很富裕。

这时应该考虑到软件问题了。

（1）一方面可以单击运行多个MySQL实例让服务器性能发挥到最大。

（2）另一方面可对数据库进行优化，往往操作系统和数据默认配置都比较保守，会对数据库发挥有一定限制，可对这些配置进行适当的调整，尽可能的处理更多连接数。

具体优化有一下三个层面：

3.1 数据库配置优化

MySQL常用有两种存储引擎：

一个是MYISAM，不支持事物处理，读性能处理快，表级别锁。

另一个是InnoDB，支持事物处理（ACID）,涉及目标是为处理大容量数据发挥最大化性能，行级别锁。

表锁：开销小，锁定力度大，发生死锁概率高，相对并发也低。

行锁：开销大，锁定力度小，发生死锁概率低，相对并发也高。

公共参数默认值：

max_connection =151

#同时处理最大连接数，推荐设置最大连接数是上限连接数的80%左右。

sort_buffer_size = 2M

#查询排序时缓冲区大小，只对order by 和 group by起作用，可增大此值为16M

open_files_limit = 1024

#打开文件数限制，如果打开文件数值等于或者大于open_files_limit 值时，程序会无法链接数据库或者卡死。

MyISAM 参数默认值：

key_buffer_size =16M

#索引缓存大小，一般涉及就物理内存的30--40% read_buffer_size = 128k

#读操作缓冲区大小，推荐设置16M或32M

query_cache_type =ON

#打开查询缓存功能

query_cache_limit = 1M

#查询缓存限制，只有1M以下查询结果才会被缓存，以免结果数据较大把缓存池覆盖

query_cache_size =16M

#查询缓冲区大小，用于缓存SELECT查询结果，下一次有同样SELECT查询将直接从缓存池

返回结果，可适当成倍增加此值；

InnoDB参数默认值：

innodb_buffer_pool_size = 128M

#索引和数据缓冲区大小，一般设置物理内存的60%-70%

innodb_buffer_pool_instances = 1

#缓冲池实例个数，推荐设置4个至8个

innodb_flush_log_at_try=x_commit = 1

#关键参数，0代表大约每秒写入到日志并同步到磁盘，数据库故障会丢失1秒左右事物数据。

1为每执行一条SQL后写入到日志并同步到磁盘，I/O开销大，执行完SQL要等待日志读写，效率低。

2代表只把日志写入到系统缓存区，再每秒同步到磁盘，效率很好，如果服务器故障，才会丢失事物数据。对数据安全性要求不是很高的推荐设置2，性能高，修改后效果明显；

innodb_file_per_table =OFF

#默认是共享表空间，共享表空间idbdata文件不断增大，影像一定的I/O性能。推荐开启独立表空间模式，每个表的索引和数据都存在自己独立的表空间中。可以实现单表在不同数据库中移动。

innodb_log_buffer_size = 8M

#日志缓冲区大小，由于日志最长每秒钟刷新一次，所以一般不用超过16M。

3.2系统内核优化

大多数MYSQL都部署在linux系统上，所以操作系统的一些参数也会影响到MySQL性能，一下对linux内核进行适当优化。

net.ipv4.tcp_fin_timeout = 30

#TIME_WAIT超时时间，默认是60S

net.ipv4.tcp_tw_reuse =1

# 1代表开始复用，允许TIME_WAIT socket 重新用于新的TCP 连接，0表示关闭；

net.ipv4.tcp_tw_recycle =1

# 1表示开启TIME_WAIT socket 快速回收，0表示关闭

net_ipv4.tcp_max_tw_buckets = 4096

#系统保持TIME_WAIT socket 最大数量，如果超出这个数，系统将随机清除一些TIME_WAIT并打印警告信息。

net.vpv4.tcp_max_syn_backlog = 4096

#进入SYN队列最大长度，加大队列长度可容纳更多的等待连接；

在linux系统中，如果进程打开的文件句柄数量超过系统默认值1024，就会提示“too many files open”信息，所以要调整打开文件句柄限制。

# vi /etc/security/limits.conf  #加入以下配置，*代表所有用户，也可以指定用户，重启系统生效
* soft nofile 65535
* hard nofile 65535
# ulimit -SHn 65535   #立刻生效

3.3硬件配置：

加大物理内存，提高文件系统性能。linux内核会从内存中分配出缓存区（系统缓存和数据缓存）来存放热数据，

通过文件系统延迟写入机制，等满足条件时（如缓存区大小达到一定百分比或者执行sync命令）才会同步到磁盘。也就是说物理内存越大，分配缓存区越大，缓存数据越多。当然，服务器故障会丢失一定的缓存数据。

SSD固态硬盘代替SAS机械硬盘，将RAID级别调整为RAID1+0，相对RAID1和RAID5有更好的读写性能（IOPS），毕竟数据库的压力主要来自磁盘I/O方面。

（三）数据库架构扩展

随着业务量越来越大，单台数据库服务器性能已无法满足业务需求，该考虑加机器了，该做集群了。主要思想是分解单台数据库负载，突破 I/O 性能，热数据存放缓存中，降低磁盘I/O访问频率。

3.1主从复制与读写分离。

因为生产环境中，数据库大多都是读操作，所以部署一主多从架构，主数据库负责写操作，并做双机热备，多台从数据库做负载均衡，负责读操作，主流的负载均衡器有LVS、HAProxy、Nginx.

实现方法1：代码层面，利用多数据源进行处理读写；

实现方法2：常见代理程序有 MySQL Proxy, Amoeba.

(有一套基于perl语言开发的主从复制管理工具，叫MySQL-MMM（Master-Master replication managerfor Mysql，Mysql主主复制管理器），这个工具最大的优点是在同一时间只提供一台数据库写操作，有效保证数据一致性。)

3.2 增加缓存

给数据增加缓存系统，把热数据缓存到内存中，如果缓存中有要请求的数据就不再去数据库中返回结果，提高了读性能。缓存实现了本地缓存和分布式缓存；

本地缓存是将数据缓存到本地服务器内存或者文件中。

分布式缓存可以缓存海量数据，扩展性好；

主流的分布式缓存有memcached、redis;

memcached 性能稳定，数据缓存在内存中，速度很快。QPS可达8W左右。

如果想数据持久化就选择redis，性能不低于memcached。

3.3分库

分库是根据业务不同把相关的表切分到不同的数据库中，比如web、bbs、blog等库。如果业务量很大，还可将切分后的库做主从架构，进一步避免单个库压力过大。

3.4分表

数据量的日剧增加，数据库中某个表有几百万条数据，导致查询和插入耗时太长，怎么能解决单表压力呢？你就该考虑是否把这个表拆分成多个小表，来减轻单个表的压力，提高处理效率，此方式称为分表。

分表技术比较麻烦，要修改程序代码里的SQL语句，还要手动去创建其他表，也可以用merge存储引擎实现分表，相对简单许多。分表后，程序是对一个总表进行操作，这个总表不存放数据，只有一些分表的关系，以及更新数据的方式，总表会根据不同的查询，将压力分到不同的小表上，因此提高并发能力和磁盘I/O性能。

分表分为垂直拆分和水平拆分：

垂直拆分：把原来的一个很多字段的表拆分多个表，解决表的宽度问题。你可以把不常用的字段单独放到一个表中，也可以把大字段独立放一个表中，或者把关联密切的字段放一个表中。

水平拆分：把原来一个表拆分成多个表，每个表的结构都一样，解决单表数据量大的问题。

3.5 分区

分区就是把一张表的数据根据表结构中的字段（如range、list、hash等）分成多个区块，这些区块可以在一个磁盘上，也可以在不同的磁盘上，分区后，表面上还是一张表，但数据散列在多个位置，这样一来，多块硬盘同时处理不同的请求，从而提高磁盘I/O读写性能，实现比较简单。

注：增加缓存、分库、分表和分区主要由程序猿来实现。

5、数据库维护

数据库维护是运维工程师或者DBA主要工作，包括性能监控、性能分析、性能调优、数据库备份和恢复等。

5.1 性能状态关键指标

QPS，Queries Per Second：每秒查询数，一台数据库每秒能够处理的查询次数

TPS，Transactions Per Second：每秒处理事务数

通过show status查看运行状态，会有300多条状态信息记录，其中有几个值帮可以我们计算出QPS和TPS，如下：

Uptime：服务器已经运行的实际，单位秒

Questions：已经发送给数据库查询数

Com_select：查询次数，实际操作数据库的

Com_insert：插入次数

Com_delete：删除次数

Com_update：更新次数

Com_commit：事务次数

Com_rollback：回滚次数

那么，计算方法来了，基于Questions计算出QPS：

   mysql> show global status like 'Questions';
  mysql> show global status like 'Uptime';

QPS = Questions / Uptime

基于Com_commit和Com_rollback计算出TPS：

   mysql> show global status like 'Com_commit';
  mysql> show global status like 'Com_rollback';
  mysql> show global status like 'Uptime';

TPS = (Com_commit + Com_rollback) / Uptime

另一计算方式：基于Com_select、Com_insert、Com_delete、Com_update计算出QPS

   mysql> show global status where Variable_name in('com_select','com_insert','com_delete','com_update');

等待1秒再执行，获取间隔差值，第二次每个变量值减去第一次对应的变量值，就是QPS

TPS计算方法：

   mysql> show global status where Variable_name in('com_insert','com_delete','com_update');

计算TPS，就不算查询操作了，计算出插入、删除、更新四个值即可。

经网友对这两个计算方式的测试得出，当数据库中myisam表比较多时，使用Questions计算比较准确。当数据库中innodb表比较多时，则以Com_*计算比较准确。

5.2 开启慢查询日志

MySQL开启慢查询日志，分析出哪条SQL语句比较慢，使用set设置变量，重启服务失效，可以在my.cnf添加参数永久生效。

 mysql> set global slow-query-log=on  #开启慢查询功能
mysql> set global slow_query_log_file='/var/log/mysql/mysql-slow.log';  #指定慢查询日志文件位置
mysql> set global log_queries_not_using_indexes=on;   #记录没有使用索引的查询
mysql> set global long_query_time=1;   #只记录处理时间1s以上的慢查询

分析慢查询日志，可以使用MySQL自带的mysqldumpslow工具，分析的日志较为简单。

# mysqldumpslow -t 3 /var/log/mysql/mysql-slow.log #查看最慢的前三个查询

也可以使用percona公司的pt-query-digest工具，日志分析功能全面，可分析slow log、binlog、general log。

分析慢查询日志：pt-query-digest /var/log/mysql/mysql-slow.log

分析binlog日志：mysqlbinlog mysql-bin.000001 >mysql-bin.000001.sql

pt-query-digest --type=binlog mysql-bin.000001.sql

分析普通日志：pt-query-digest --type=genlog localhost.log

5.3 数据库备份

备份数据库是最基本的工作，也是最重要的，否则后果很严重，你懂得！但由于数据库比较大，上百G，往往备份都很耗费时间，所以就该选择一个效率高的备份策略，对于数据量大的数据库，一般都采用增量备份。常用的备份工具有mysqldump、mysqlhotcopy、xtrabackup等，mysqldump比较适用于小的数据库，因为是逻辑备份，所以备份和恢复耗时都比较长。mysqlhotcopy和xtrabackup是物理备份，备份和恢复速度快，不影响数据库服务情况下进行热拷贝，建议使用xtrabackup，支持增量备份。

Xtrabackup备份工具使用博文：http://lizhenliang.blog.51cto.com/7876557/1612800

5.4 数据库修复

有时候MySQL服务器突然断电、异常关闭，会导致表损坏，无法读取表数据。这时就可以用到MySQL自带的两个工具进行修复，myisamchk和mysqlcheck。

myisamchk：只能修复myisam表，需要停止数据库

常用参数：

-f --force 强制修复，覆盖老的临时文件，一般不使用

-r --recover 恢复模式

-q --quik 快速恢复

-a --analyze 分析表

-o --safe-recover 老的恢复模式，如果-r无法修复，可以使用此参数试试

-F --fast 只检查没有正常关闭的表

快速修复weibo数据库: