MySQL的内存和相关问题排查

我们都知道数据库是IO密集型一类应用，为了提高其性能大量使用内存代替文件（交换分区）的IO操作是保证数据库稳定、高效的基本原则。那么数据库是如何使用内存的，我们如何查看数据库内存的占用，如何通过通过数据库内存配置设置提高其性能？本文虫虫就以 Mysql 数据库（InnoDB引擎）为例和大家一起了解下 Linux 数据库和内存相关的主题。

读取内存数据非常快，为了提高性能我们要尽最大可能把数据集都放到内存中以保证高效。但是Swap交换分区作为一个救命的稻草，我们还必须要给mysql设置，防止突发情况下内存不够，mysql服务直接被OOM杀掉的情况。同时mysql交换分区占用也是我们衡量一个数据是否健康与否的手段，如果一个数据库频繁的使用了swap则说明，我们需要人工干预优化数据库了。

内存占用

在Linux下，我们可以通过使用一些 shell 命令来了解MySQL的内存使用情况。

首先使用ps命令来查看mysqld进程的内存使用情况：

ps -eo size,pid,user,command --sort -size|grep mysqld 
|awk '{hr=$1/1024;printf("%13.2f MB",hr)} {for (x=4;x<=NF;x++){printf("%s",$x)}print ""}' 
|cut -d "" -f2|cut -d "-" -f1 

1990.88 MB/usr/local/mariadb/bin/mysqld 
0.49 MB/bin/sh/usr/local/mariadb/bin/mysqld_safe 

top命令也可以查看对应上面的结果也可以用top来得到：

top -b -o %MEM -n1 -p $(pidof mysqld) | grep PID -A 

PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 
2239 mysql 20 0 2108536 316836 7548 S 0.0 4.0 48:47.37 mysqld 

其中， VIRT（virtual memory usage） 表示mysql使用的虚拟内存总量。它包括所有代码，数据和共享库以及最终要被置换出的页面。

RES(resident memory usage) 常驻内存, 包括当前进程使用的内存，不包括置换出的内存。

SHR（shared memory） 共享内存， 进程使用的的共享内存，也包括其他进程的共享内存。

交换分区

我们再来检查检查mysqld是否正在使用交换分区，首先用free -m检查是否有用到交换分区。

free -m 

total used free shared buff/cache available 
Mem: 7822 5091 178 83 2552 2290 
Swap: 3999 2 3997 

上面结果了，系统使用少量的交换分区（2M），那怎么判断是不是MySQL用的呢？我们来验证：

cat /proc/$(pidof gitlab)/status | grep Swap 

VmSwap：0 kB

可见mysqld不没用用到交换区，说明我的mysqld在高效运行中。

这儿我们提供一个脚本，遍历每一个进程，找出那些进程使用了交换分区：

for i in $(ls -d /proc/[0-9]*) 
do 
out=$(grep Swap $i/status 2>/dev/null) 
if [ "x$(echo $out | awk '{print $2}')" != "x0" ] && [ "x$(echo $out | awk '{print $2}')" != "x" ] 
then 
echo "$(ps -p $(echo $i | cut -d'/' -f3) 
| tail -n 1 | awk '{print $4'}): $(echo $out | awk '{print $2 $3}')" 
fi 
done 

当然，交换中的页面可能已经存在很长时间了，自从使用一次后，后面就没有在用过。为了获取实时交换分区情况，我们可以用 vmstat ：

vmstat 1 10 

在这个服务器上，我们可以看到mysqld没有使用交换，如果系统内存充足，但是mysqld还占用了部分交换分区，是怎么回事？怎么排查呢？

如果遇到这种情况，可能的直接原因有swappiness和Numa。

Swappiness

swappiness参数控制内核将进程移出物理内存并将其放入交换磁盘分区的趋势。我们之前也说过了磁盘IO操作要比RAM慢很多很多，因此如果进程过于频繁地从内存中置换出，这会导致系统和应用程序的响应时间变慢。高swappiness值意味着内核更容易取消内存页面。低swappiness相反，内核将不太容易取消内存页面。swappiness值越高，系统内存置换的越多。

linux下系统（CentOS、Red Hat、ubuntu）默认的swappiness值为60。如果内存较小则应适当调高这个值。对于内存足够的MySQL服务器，这个默认设置就有点太高了，应该减少。一般情况下，业界建议这个值可以设置到5.或者更小。设置swappiness方法是使用 sysctl 命令直接改变内核参数。

sysctl -w vn.swappinness = 1 

NUMA设置

还有一个方面就是NUMA设置。对于具有多个NUMA核心的服务器，建议将NUMA模式设置为交错，以平衡所有节点的内存分配。 在最新的MySQL 8.0中支持为InnoDB设置NUMA。可以在配置通过启动： innodb_numa_interleave = 1

要检查是否有多个NUMA节点，可以使用numactl -H

这是两种不同的输出：

我们可以看到，当有多个NUMA节点（下）时，默认情况下，内存不会在所有节点之间平均分配。这可以导致更多内存置换。

文件系统缓存

默认情况下，Linux将使用文件系统会对所有的I/O操作进行缓存（这是不建议使用MyISAM的原因之一，MyISAM存储引擎依赖于FS缓存，并且可能导致丢失数据）。Mysql InnoDB引擎中使用O_DIRECT作为innodb_flush_method，MySQL将绕过文件系统缓存，不会将任何FS Cache Memory用于数据文件（* .ibd）。

当然在MySQL中使用的其他非数据文件仍会使用FS Cache。我们来看个例子：

dbsake fincore binlog.000017 
binlog.000017: total_pages=120841 cached=50556 percent=41.84 
ls -lh binlog.000017 
-rw-r----- 1 mysql mysql 473M Sep 18 07:17 binlog.000017 
free -m 
total used free shared buffers cached 
Mem: 5965 4608 1356 128 435 2456 
-/+ buffers/cache: 1716 4249 
Swap: 2045 30 2015 
dbsake uncache binlog.000017 
Uncached binlog.000017 
# free -m 
total used free shared buffers cached 
Mem: 5965 4413 1552 128 435 2259 
-/+ buffers/cache: 1718 4247 
Swap: 2045 30 2015 

开始检查文件系统缓存中存在多少二进制日志（使用dbsake fincore），我们可以看到473M中有42%使用RAM作为FS缓存。然后我强制取消在缓存中使用这些页面（使用 fincore uncache ），结果，我们释放了+/- 195MB的RAM。