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作者介紹：簡懷兵，騰訊雲資料庫高階工程師，負責騰訊雲CDB核心及基礎設施建設；先後供職於Thomson Reuters和YY等公司，PTimeDB作者，曾獲一項發明專利；從事MySQL核心開發工作8年，具有豐富的優化經驗；在分散式儲存等領域有較豐富經驗。
MYSQL資料庫適用場景廣泛，相較於Oracle、DB2價效比更高，Web網站、日誌系統、資料倉儲等場景都有MYSQL用武之地，但是也存在對於事務性支援不太好（MySQL 5.5版本開始預設引擎才是InnoDB事務型）、存在多個分支、讀寫效率瓶頸等問題。
所以如何用好MYSQL變得至關重要，一方面需要通過MYSQL優化找出系統讀寫瓶頸，提高資料庫效能；另一方面需要合理涉及資料結構、調整引數，以提高使用者操作響應；同時還有儘可能節省系統資源，以便系統可以提供更大負荷的服務。本文將為大家介紹騰訊雲團隊是如何對Mysql進行核心級優化的思路和經驗。
早期的CDB主要基於開源的Oracle MySQL分支，側重於優化運維和運營的OSS系統。在騰訊雲，因為使用者數的不斷增加，對CDB for MySQL提出越來越高的要求，騰訊雲CDB團隊針對使用者的需求和業界發展的技術趨勢，對CDB for MySQL分支進行深度的定製優化。優化重點圍繞核心效能、核心功能和外圍OSS系統三個維度展開，具體的做法如下：
一.核心效能的優化
由於騰訊雲上的DB基本都需要跨園區災備的特性，因此CDB for MySQL的優化主要針對主從DB部署在跨園區網路拓撲的前提下，重點去解決真實部署環境下的效能難題。經過分析和調研，我們將優化的思路歸納為：“消除冗餘I/O、縮短I/O路徑和避免大鎖競爭”。以下是核心效能的部分案例：
1.主備DB間的複製優化
問題分析
如上圖所示，在原生MySQL的複製架構中，Master側通過Dump執行緒不斷髮送Binlog事件給Slave的I/O執行緒，Slave的I/O執行緒在接受到Binlog事件後，有兩個主要的動作：
- 寫入到Relay Log中，這個過程會和Slave SQL執行緒爭搶保護Relay Log的鎖。
- 更新複製後設資料(包含Master的位置等資訊)。
優化方法
經過分析，我們的優化策略是：
- Slave I/O執行緒和Slave SQL執行緒是典型的單寫單讀生產者-消費者模型，是可以做到無鎖設計的；因此實現思路就是Slave I/O執行緒在每次寫完資料後，原子更新Relay Log的長度資訊，Slave SQL執行緒讀取Relay Log的時以長度資訊為邊界。這樣就將原本競爭激烈的Relay Log鎖化解為無鎖；
- 由於Binlog事件中的GTID(Global Transaction Identifier)和DB事務是一一對應的關係，所以Relay Log中的資料本身已經包含了所需要的複製後設資料，所以我們可以不寫Master info檔案，消除了冗餘的檔案I/O；
- 於DB都是以事務為更新粒度的，因為在Relay Log檔案I/O上，我們通過合併離散小I/O為事務粒度的大I/O等手段，使磁碟I/O得以大幅提升。
優化效果
如上圖所示，經過優化：左圖35.79%的鎖競爭(futex)已經被完全消除；同壓測壓力下，56.15%的檔案I/O開銷被優化到19.16%，Slave I/O執行緒被優化為預期的I/O密集型執行緒。
2.主庫事務執行緒和Dump執行緒間的優化
問題分析
如上圖所示，在原生MySQL中多個事務提交執行緒TrxN和多個Dump執行緒之間會同時競爭Binlog檔案資源的保護鎖，多個事務提交執行緒對Binlog執行寫入，多個Dump執行緒從Binlog檔案讀取資料併傳送給Slave。所有的執行緒之間是序列執行的！
優化方法
經過分析，我們的優化策略是：
- 將讀寫分離開來，多個寫入的執行緒還是在鎖保護下序列執行，每一個寫入執行緒寫入完成後更新當前Binlog的長度資訊，多個Dump執行緒以Binlog檔案的長度資訊為讀取邊界，多個Dump執行緒之間並行執行。以這種方式來讓複製拓撲中的Dump執行緒傳送得更快！
效果
經過測試，優化後的核心，不僅提升了事務提交執行緒的效能，在Dump執行緒較多的情況下，對主從複製效能有較大提升。
二.主備庫互動流程優化
問題分析
如上圖所示，在原生MySQL中主備庫之間的資料傳送和ACK迴應是簡單的序列執行，在上一個事件ACK迴應到達之前，不允許繼續傳送下一個事件；這個行為在跨園區(RTT 2-3ms)的情況效能非常差，而且也不能很好地利用頻寬優勢。
優化方法
經過分析，我們的優化策略是：
- 將傳送和ACK迴應的接收獨立到不同的執行緒中，由於傳送和接收都是基於TCP流的傳輸，所以時序性是有保障的；這樣傳送執行緒可以在未收ACK之前繼續傳送，接受執行緒收到ACK後喚醒等待的執行緒執行相應的任務。
效果
根據實際用例測試，優化後的TPS提升為15%左右。
三.核心功能的優化
1. 預留運維帳號連線數配額
在騰訊雲上，不時遇到使用者APP異常或者BUG從而佔滿DB的最大連線限制，這是CDB OSS帳號無法登入以進行緊急的運維操作。針對這個現狀，我們在MySQL核心單獨開闢了一個可配置的連線數配額，即便在上述場景下，運維帳號仍然可以連線到DB進行緊急的運維操作。極大地降低了異常情況下DB無政府狀態的風險。該帳號僅有資料庫運維管理許可權，無法獲取使用者資料，也保證了使用者資料的安全性。
2. 主備強同步
針對一些應用對資料的一致性要求非常高，CDB在MySQL原生半同步的基礎上進行了深度優化，確保一個事務在主庫上提交之前一定已經複製到至少一個備庫上。確保主庫當機時資料的一致性。
四.外圍系統的優化
除了以上提到的MySQL核心側的部分優化，我們也在外圍OSS平臺進行了多處優化。例如使用非同步MySQL ping協議實現大量例項的監控、通過分散式技術來加固原有系統的HA/服務發現和自動擴容等功能、在資料安全/故障切換和快速恢復方面也進行了多處優化。
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