linux上mysql優化三板斧－CPU、記憶體、檔案系統

現在MySQL運行的大部分環境都是在Linux上的，如何在Linux作業系統上根據MySQL進行最佳化，我們在這裡給出一些通用簡單的策略。這些方法都有助於改進MySQL的效能。

閒話少說，進入正題。

 一、CPU

先從CPU說起。
你仔細檢查的話，有些伺服器上會有的一個有趣的現象：你cat /proc/cpuinfo時，會發現CPU的頻率竟然跟它標稱的頻率不一樣：

#cat /proc/cpuinfo 
 processor : 5
 model name : Intel(R) Xeon(R) CPU E5-2620 0 @2.00GHz
 ...
 cpu MHz : 1200.000

這個是Intel E5-2620的CPU，他是2.00G * 24的CPU，但是，我們發現第5顆CPU的頻率為1.2G。

這是什麼原因欄位？

這些其實都源自於CPU最新的技術：節能模式。作業系統和CPU硬體配合，系統不繁忙的時候，為了節省電能和降低溫度，它會將CPU降頻。這對環保人士和抵制地球暖化來說是一個福音，但對MySQL來說，可能是一個災難。
為了確保MySQL能夠充分利用CPU的資源，建議設定CPU為最大效能模式。這個設置可以在BIOS和作業系統中設置，當然，在BIOS中設置該選項更好，更徹底。由於各種BIOS類型的區別，設定為CPU為最大效能模式千差萬別，我們這裡就不具體展示怎麼設定了。

二、記憶體

然後我們來看看記憶體方面，我們有哪些可以優化的。

i)我們先來看看numa

非一致儲存存取結構 (NUMA ： Non-Uniform Memory Access) 也是最新的記憶體管理技術。它和對稱多處理器結構 (SMP ： Symmetric Multi-Processor) 是對應的。

SMP存取記憶體的都是代價都是一樣的；但是在NUMA架構下，本地記憶體的存取和非本地記憶體的存取代價是不一樣的。對應的根據這個特性，在作業系統上，我們可以設定進程的記憶體分配方式。目前支援的方式包括：

–interleave=nodes
–membind=nodes
–cpunodebind=nodes
–physcpubind=cpus
–localalloc
–preferred=node

簡可以。本地分配，在某幾個CPU節點分配或輪詢分配。除非是設定為–interleave=nodes輪詢分配方式，即記憶體可以在任意NUMA節點上分配這種方式以外。其他的方式就算其他NUMA節點上還有記憶體剩餘，Linux也不會把剩餘的記憶體分配給這個進程，而是採用SWAP的方式來取得記憶體。有經驗的系統管理員或DBA都知道SWAP導致的資料庫效能下降有多坑爹。
所以最簡單的方法，還是關掉掉這個特性。
關閉特性的方法，分別有：可以從BIOS，作業系統，啟動行程時暫時關閉這個特性。
a)由於各種BIOS類型的區別，如何關閉NUMA千差萬別，我們這裡就不具體展示怎麼設定了。
b)在作業系統中關閉，可以直接在/etc/grub.conf的kernel行最後加入numa=off，如下所示：

kernel /vmlinuz-2.6.32-220.el6.x86_64 ro root=/dev/mapper/VolGroup-root rd_NO_LUKS.UTF-8 rd_LVM_LV=VolGroup/root rd_NO_MD quiet SYSFONT=latarcyrheb-sun16 rhgb 
crashkernel=auto rd_LVM_LV=VolGroup/swap rhgb crashkernel=auto quiet KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM  numa=off

另外可以設定 vm.zone_reclaim_mode=0盡量回收記憶體。
c)啟動MySQL的時候，關閉NUMA特性：

numactl --interleave=all  mysqld &

當然，最好的方式是在BIOS中關閉。

ii)我們再看vm.swappiness。

vm.swappiness是作業系統控制實體記憶體交換的策略。它允許的值是一個百分比的值，最小為0，最大運行100，該值預設為60。 vm.swappiness設定為0表示盡量少swap，100表示​​盡量將inactive的記憶頁交換出去。
具體的說：當記憶體基本上用滿的時候，系統會根據這個參數來判斷是把記憶體中很少用到的inactive 記憶體交換出去，還是釋放資料的cache。 cache緩存著從磁碟讀出來的數據，根據程式的局部性原理，這些數據有可能在接下來又要被讀取；inactive 內存顧名思義，就是那些被應用程式映射著，但是「長時間」不用的內存。
我們可以利用vmstat看到inactive的記憶體的數量：

#vmstat -an 1
 procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu----- 
 r b swpd free inact active si so bi bo in cs us sy id wa st 
 1 0 0 27522384 326928 1704644 0 0 0 153 11 10 0 0 100 0 0 
 0 0 0 27523300 326936 1704164 0 0 0 74 784 590 0 0 100 0 0 
 0 0 0 27523656 326936 1704692 0 0 8 8 439 1686 0 0 100 0 0 
 0 0 0 27524300 326916 1703412 0 0 4 52 198 262 0 0 100 0 0

透過/proc/meminfo 你可以看到更詳細的資訊：

#cat /proc/meminfo | grep -i inact
Inactive: 326972 kB 
 Inactive(anon): 248 kB 
 Inactive(file): 326724 kB

这里我们对不活跃inactive内存进一步深入讨论。Linux中，内存可能处于三种状态：free，active和inactive。众所周知，Linux Kernel在内部维护了很多LRU列表用来管理内存，比如LRU_INACTIVE_ANON, LRU_ACTIVE_ANON, LRU_INACTIVE_FILE , LRU_ACTIVE_FILE, LRU_UNEVICTABLE。其中LRU_INACTIVE_ANON, LRU_ACTIVE_ANON用来管理匿名页，LRU_INACTIVE_FILE , LRU_ACTIVE_FILE用来管理page caches页缓存。系统内核会根据内存页的访问情况，不定时的将活跃active内存被移到inactive列表中，这些inactive的内存可以被交换到swap中去。
一般来说，MySQL，特别是InnoDB管理内存缓存，它占用的内存比较多，不经常访问的内存也会不少，这些内存如果被Linux错误的交换出去了，将浪费很多CPU和IO资源。 InnoDB自己管理缓存，cache的文件数据来说占用了内存，对InnoDB几乎没有任何好处。
所以，我们在MySQL的服务器上最好设置vm.swappiness=0。

我们可以通过在sysctl.conf中添加一行：

echo "vm.swappiness = 0" >>/etc/sysctl.conf

并使用sysctl -p来使得该参数生效。

三、文件系统

最后，我们看一下文件系统的优化

i)我们建议在文件系统的mount参数上加上noatime，nobarrier两个选项。

用noatime mount的话，文件系统在程序访问对应的文件或者文件夹时，不会更新对应的access time。一般来说，Linux会给文件记录了三个时间，change time, modify time和access time。
我们可以通过stat来查看文件的三个时间：

stat libnids-1.16.tar.gz 
 File: `libnids-1.16.tar.gz' 
 Size: 72309 Blocks: 152 IO Block: 4096 regular file 
 Device: 302h/770d Inode: 4113144 Links: 1 
 Access: (0644/-rw-r--r--) Uid: ( 0/ root) Gid: ( 0/ root) 
 Access : 2008-05-27 15:13:03.000000000 +0800 
 Modify: 2004-03-10 12:25:09.000000000 +0800 
 Change: 2008-05-27 14:18:18.000000000 +0800

其中access time指文件最后一次被读取的时间，modify time指的是文件的文本内容最后发生变化的时间，change time指的是文件的inode最后发生变化(比如位置、用户属性、组属性等)的时间。一般来说，文件都是读多写少，而且我们也很少关心某一个文件最近什么时间被访问了。
所以，我们建议采用noatime选项，这样文件系统不记录access time，避免浪费资源。
现在的很多文件系统会在数据提交时强制底层设备刷新cache，避免数据丢失，称之为write barriers。但是，其实我们数据库服务器底层存储设备要么采用RAID卡，RAID卡本身的电池可以掉电保护；要么采用Flash卡，它也有自我保护机制，保证数据不会丢失。所以我们可以安全的使用nobarrier挂载文件系统。设置方法如下：
对于ext3, ext4和 reiserfs文件系统可以在mount时指定barrier=0；对于xfs可以指定nobarrier选项。

ii)文件系统上还有一个提高IO的优化万能钥匙，那就是deadline。

在Flash技术之前，我们都是使用机械磁盘存储数据的，机械磁盘的寻道时间是影响它速度的最重要因素，直接导致它的每秒可做的IO(IOPS)非常有限，为了尽量排序和合并多个请求，以达到一次寻道能够满足多次IO请求的目的，Linux文件系统设计了多种IO调度策略，已适用各种场景和存储设备。
Linux的IO调度策略包括：Deadline scheduler，Anticipatory scheduler，Completely Fair Queuing(CFQ)，NOOP。每种调度策略的详细调度方式我们这里不详细描述，这里我们主要介绍CFQ和Deadline，CFQ是Linux内核2.6.18之后的默认调度策略，它声称对每一个 IO 请求都是公平的，这种调度策略对大部分应用都是适用的。但是如果数据库有两个请求，一个请求3次IO，一个请求10000次IO，由于绝对公平，3次IO的这个请求都需要跟其他10000个IO请求竞争，可能要等待上千个IO完成才能返回，导致它的响应时间非常慢。并且如果在处理的过程中，又有很多IO请求陆续发送过来，部分IO请求甚至可能一直无法得到调度被“饿死”。而deadline兼顾到一个请求不会在队列中等待太久导致饿死，对数据库这种应用来说更加适用。
实时设置，我们可以通过

echo deadline >/sys/block/sda/queue/scheduler

来将sda的调度策略设置为deadline。

我们也可以直接在/etc/grub.conf的kernel行最后添加elevator=deadline来永久生效。

总结

CPU方面
关闭电源保护模式

内存：
vm.swappiness = 0
关闭numa

文件系统：
用noatime，nobarrier挂载系统
IO调度策略修改为deadline。