深入探讨：数据库的iops性能如何优化？(数据库的iops)

深入探讨：数据库的iops性能如何优化？

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随着大数据时代的到来，数据量的增长给数据库的IOPS（I/O操作/秒）性能提出了更高要求。IOPS 表示每秒内可能执行的输入/输出操作数量，即数据库在存储数据时每秒能够处理多少次读/写操作。对于大量数据的处理，IOPS性能是非常重要的，它可以直接影响到数据库应用程序的响应速度、数据存储安全等方面。因此，如何优化数据库的IOPS性能，提高数据库的操作速度和效率，是当前数据库管理者们必须研究解决的一项重要课题。

一、IOPS性能的取决因素

了解IOPS的性能，必须知道它的取决因素。从硬件层面上看，IOPS性能取决于磁盘的存取速度和磁盘控制器的性能。从软件层面上看，IOPS性能取决于数据库管理软件（如 Oracle DB、MySQL、SQL Server 等）的性能。这些因素互相影响，决定了IOPS性能的优劣。

1. 硬件因素

磁盘存取速度是影响IOPS性能的最主要因素。传统的机械式硬盘（HDD）的平均IOPS性能约为100~200，而固态硬盘（SSD）的IOPS性能则可达到数千以上。使用SSD对于提升IOPS性能是非常有帮助的。此外，磁盘控制器也会对IOPS性能产生影响，因为它控制数据访问的流程，如数据的缓存和IO请求的管理等。

2. 软件因素

关于数据库管理软件的性能，可以从以下几个方面分析：

（1）存储结构的设计，如索引的实现方式、数据表分区等。

（2）SQL优化，包括 SQL 的好坏、语句的约束条件、查询语法等因素。

（3）系统调优，如缓存的设置、内存使用率的优化等。

（4）操作系统调优，例如文件系统的选择、IO调度方式等。

二、提高IOPS性能的方法

有了以上因素的基础，接下来就可以通过改善这些因素，提高数据库的IOPS性能。以下是一些提高IOPS性能的方法：

1. 使用SSD替代HDD

SSD拥有着极高的IOPS性能，因为它没有机械部件，可以在较短时间内读写数据，减少了寻道时间和延迟。这是很多企业采用SSD作为数据库存储的主要原因之一。使用SSD还可以减少能耗、缩小机房占地面积等，从而节省成本。

2. 设置适当的缓存

缓存是可以提高IOPS性能的重要手段之一。在数据库中，缓存的方式有很多种，可以是简单的服务器缓存，还可以是更复杂的缓存池，如操作系统的文件系统缓存、查询缓存等。这些缓存可以有效减少磁盘对数据的访问次数，提高了IOPS性能。

3. 数据库的水平切分

如果数据库中的表非常大，而又不方便使用索引解决查询性能问题，可以考虑对数据库进行水平切分。水平切分是将数据表按照不同的条件进行拆分到多个数据库，例如按照区域、时间、业务等标准。这样，数据表就可以分布到不同的磁盘上，每个磁盘都只处理自己负责的部分数据表，从而有效减少了磁盘的输入/输出操作次数。

4. 数据库的垂直切分

垂直切分是将一个表的所有列分开存储，例如将不同的列放在不同的表中。通过垂直切分，可以将经常使用的列单独存储到一个表中，其余的列存储到另一个表中，从而简化了表的结构，提高了表的读取速度。

5. 流控策略的设计

流控策略是用来限制资源访问并保持系统平衡，避免单一请求过度抢占资源导致系统崩溃。在设计流控策略时，应该根据业务场景、硬件类型和性能测试结果来确定各种策略的使用效果。例如，可以通过限制每个连接的更大并发数，来限定数据库服务能够同时处理的请求次数。当连接数量达到设定的上限时，超出的请求将会被拒绝或进入队列等待处理。

6. SQL优化

SQL是数据库管理软件运行的核心，SQL语法的好坏直接影响着IOPS性能。为了保证SQL的优化，应该尽可能地避免全表扫描，建立尽可能多的合适索引等。

7. 系统和操作系统的调优

除了上述方法，我们还可以从系统和操作系统的调优方面入手。例如调整内存使用率，配置虚拟内存和交换空间等，调整文件系统到高效的选择策略和AOIO 策略等。这些策略的实现需要具有专业知识的技术人员操作。

三、结论

总体而言，优化数据库的IOPS性能是一个复杂的过程，需要从硬件和软件等多个方面综合考虑。透过本文中的讨论，我们可以看到硬件因素和软件因素都占据了优化IOPS的重要一环。针对不同的情况，我们应该采用各种策略，更大程度地充分利用已有的系统资源。提高系统的IOPS性能，不会一蹴而就，需要经过引入、观察、优化和测试的过程，才能发现其更优的可能性。

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MySQL在崩溃恢复时，会遍历打开所有ibd文件的headerpage验证数据字典的准确性，如果MySQL中包含了大量表，这个校验过程就会比较耗时。MySQL下崩溃恢复确实和表数量有关，表总数越大，崩溃恢复时间越长。另外磁盘IOPS也会影响崩溃恢复时间，像这里开发库的HDDIOPS较低，因此面对大量的表空间，校验速度就非常缓慢。另外一个发现，MySQL8下正常启用时居然也会进行表空间校验，而故障恢复时则会额外再进行一次表空间校验，等于校验了2遍。不过MySQL8.0里多了一个特性，即表数量超过5W时，会启用多线程扫描，加快表空间校验过程。

如何跳过校验MySQL5.7下有方法可以跳过崩溃恢复时的表空间校验过程嘛？查阅了资料，方法主要有两种：

1.配置innodb_force_recovery可以使srv_force_recovery!=0，那么validate=false，即可以跳过表空间校验。实际测试的时候设置innodb_force_recovery=1，也就是强制恢复跳过坏页，就可以跳过校验，然后重启就是正常启动了。通过这种临时方式可以避免崩溃恢复后非常耗时的表空间校验过程，快速启动MySQL，个人目前暂时未发现有什么隐患。2.使用共享表空间替代独立表空间这样就不需要打开N个ibd文件了，只需要打开一个ibdata文件即可，大大节省了校验时间。自从听了姜老师讲过使用共享表空间替代独立表空间解决drop大表时性能抖动的原理后，感觉共享表空间在很多业务环境下，反而更有优势。

临时冒出另外一种解决想法，即用GDB调试崩溃恢复，通过临时修改validate变量值让MySQL跳过表空间验证过程，然后让MySQL正常关闭，重新启动就可以正常启动了。但是实际测试发现，如果以debug模式运行，确实可以临时修改validate变量，跳过表空间验证过程，但是debug模式下代码运行效率大打折扣，反而耗时更长。而以非debug模式运行，则无法修改validate变量，想法破灭。

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