MySQL延遲問題和數據刷盤策略

一、MySQL復制流程
官方文檔流程圖如下：

1、絕對的延時，相對的同步

2、純寫操作，線上標準配置下，從庫壓力大于主庫，最起碼從庫有relaylog的寫入。

二、MySQL延遲問題分析

1、主庫DML請求頻繁

原因：主庫并發寫入數據，而從庫為單線程應用日志，很容易造成relaylog堆積，產生延遲。

解決思路：做sharding，打散寫請求。考慮升級到MySQL 5.7+，開啟基于邏輯時鐘的并行復制。

2、主庫執行大事務

原因：類似主庫花費很長時間更新了一張大表，在主從庫配置相近的情況下，從庫也需要花幾乎同樣的時間更新這張大表，此時從庫延遲開始堆積，后續的events無法更新。

解決思路：拆分大事務，及時提交。

3、主庫對大表執行DDL語句

原因：DDL未開始執行，被阻塞，檢查到位點不變；DDL正在執行，單線程應用導致延遲增加，位點不變。

解決思路：找到被阻塞DDL或是寫操作的查詢，干掉該查詢，讓DDL正常在從庫上執行；業務低峰期執行，盡量使用支持Online DDL的高版本MySQL。

4、主從實例配置不一致

原因：硬件上：主庫實例服務器使用SSD，而從庫實例服務器使用普通SAS盤、cpu主頻不一致等；配置上：如RAID卡寫策略不一致，OS內核參數設置不一致，MySQL落盤策略(innodb_flush_log_at_trx_commit和sync_binlog等)不一致等

解決思路：盡量統一DB機器的配置（包括硬件及選項參數）；甚至對于某些OLAP業務，從庫實例硬件配置高于主庫等。

5、從庫自身壓力過大

原因：從庫執行大量select請求，或業務大部分select請求被路由到從庫實例上，甚至大量OLAP業務，或者從庫正在備份等，此時可能造成cpu負載過高，io利用率過高等，導致SQL Thread應用過慢。

解決思路：建立更多從庫，打散讀請求，降低現有從庫實例的壓力。

也可以調整innodb_flush_log_at_trx_commit=0和sync_binlog=0刷盤參數來緩解IO壓力來降低主從延遲。

三、大促期間CPU過高問題

現象：

高并發導致CPU負載過高，處理請求時間拉長，逐步積壓，最終導致服務不可用；大量的慢SQL導致CPU負載過高。

解決思路：

基本上是禁止或是慎重考慮數據庫主從切換，這個解決不了根本問題，需要研發配合根治SQL問題，也可以服務降級，容器的話可以動態擴容CPU；和業務協商啟動pt-kill查殺只讀慢SQL；查看是否可以通過增加一般索引或是聯合索引來解決慢SQL問題，但此時要考慮DDL對數據庫影響。

四、InnoDB刷盤策略

MySQL的innodb_flush_method這個參數控制著innodb數據文件及redo log的打開、刷寫模式，對于這個參數，文檔上是這樣描述的：
有三個值：fdatasync(默認)，O_DSYNC，O_DIRECT
默認是fdatasync，調用fsync()去刷數據文件與redo log的buffer
為O_DSYNC時，innodb會使用O_SYNC方式打開和刷寫redo log,使用fsync()刷寫數據文件
為O_DIRECT時，innodb使用O_DIRECT打開數據文件，使用fsync()刷寫數據文件跟redo log
首先文件的寫操作包括三步：open,write,flush
上面最常提到的fsync(int fd)函數，該函數作用是flush時將與fd文件描述符所指文件有關的buffer刷寫到磁盤，并且flush完元數據信息(比如修改日期、創建日期等)才算flush成功。
使用O_DSYNC方式打開redo文件表示當write日志時，數據都write到磁盤，并且元數據也需要更新，才返回成功。
O_DIRECT則表示我們的write操作是從MySQL innodb buffer里直接向磁盤上寫。

這三種模式寫數據方式具體如下：

fdatasync模式：寫數據時，write這一步并不需要真正寫到磁盤才算完成（可能寫入到操作系統buffer中就會返回完成），真正完成是flush操作，buffer交給操作系統去flush,并且文件的元數據信息也都需要更新到磁盤。
O_DSYNC模式：寫日志操作是在write這步完成，而數據文件的寫入是在flush這步通過fsync完成
O_DIRECT模式：數據文件的寫入操作是直接從mysql innodb buffer到磁盤的，并不用通過操作系統的緩沖，而真正的完成也是在flush這步,日志還是要經過OS緩沖。

1、在類unix操作系統中，文件的打開方式為O_DIRECT會最小化緩沖對io的影響，該文件的io是直接在用戶空間的buffer上操作的，并且io操作是同步的，因此不管是read()系統調用還是write()系統調用，數據都保證是從磁盤上讀取的；所以IO方面壓力最小，對于CPU處理壓力上也最小，對物理內存的占用也最小；但是由于沒有操作系統緩沖的作用，對于數據寫入磁盤的速度會降低明顯（表現為寫入響應時間的拉長），但不會明顯造成整體SQL請求量的降低（這有賴于足夠大的innodb_buffer_pool_size）。

2、O_DSYNC方式表示以同步io的方式打開文件，任何寫操作都將阻塞到數據寫入物理磁盤后才返回。這就造成CPU等待加長，SQL請求吞吐能力降低，insert時間拉長。

3、fsync(int filedes)函數只對由文件描述符filedes指定的單一文件起作用，并且等待寫磁盤操作結束，然后返回。fdatasync(int filedes)函數類似于fsync，但它只影響文件的數據部分。而除數據外，fsync還會同步更新文件的元信息到磁盤。

O_DSYNC對CPU的壓力最大，datasync次之，O_DIRECT最小；整體SQL語句處理性能和響應時間看，O_DSYNC較差；O_DIRECT在SQL吞吐能力上較好（僅次于datasync模式），但響應時間卻是最長的。

默認datasync模式，整體表現較好，因為充分利用了操作系統buffer和innodb_buffer_pool的處理性能，但帶來的負面效果是free內存降低過快，最后導致頁交換頻繁，磁盤IO壓力大，這會嚴重影響大并發量數據寫入的穩定性。