Linux上MySQL优化三板斧——CPU、内存、文件系统

现在MySQL运行的大部分环境都是在Linux上的，如何在Linux操作系统上根据MySQL进行优化，我们这里给出一些通用简单的策略。这些方法都有助于改进MySQL的性能。

闲话少说，进入正题。

 一、CPU

首先从CPU说起。
你仔细检查的话，有些服务器上会有的一个有趣的现象：你cat /proc/cpuinfo时，会发现CPU的频率竟然跟它标称的频率不一样：

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

这个是Intel E5-2620的CPU，他是2.00G * 24的CPU，但是，我们发现第5颗CPU的频率为1.2G。

这是什么原因列？

这些其实都源于CPU最新的技术：节能模式。操作系统和CPU硬件配合，系统不繁忙的时候，为了节约电能和降低温度，它会将CPU降频。这对环保人士和抵制地球变暖来说是一个福音，但是对MySQL来说，可能是一个灾难。
为了保证MySQL能够充分利用CPU的资源，建议设置CPU为最大性能模式。这个设置可以在BIOS和操作系统中设置，当然，在BIOS中设置该选项更好，更彻底。由于各种BIOS类型的区别，设置为CPU为最大性能模式千差万别，我们这里就不具体展示怎么设置了。

二、内存

然后我们看看内存方面，我们有哪些可以优化的。

i)我们先看看numa

非一致存储访问结构 (NUMA ： Non-Uniform Memory Access) 也是最新的内存管理技术。它和对称多处理器结构 (SMP ： Symmetric Multi-Processor) 是对应的。简单的队别如下：

如图所示，详细的NUMA信息我们这里不介绍了。但是我们可以直观的看到：SMP访问内存的都是代价都是一样的；但是在NUMA架构下，本地内存的访问和非本地内存的访问代价是不一样的。对应的根据这个特性，操作系统上，我们可以设置进程的内存分配方式。目前支持的方式包括：

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

简而言之，就是说，你可以指定内存在本地分配，在某几个CPU节点分配或者轮询分配。除非是设置为–interleave=nodes轮询分配方式，即内存可以在任意NUMA节点上分配这种方式以外。其他的方式就算其他NUMA节点上还有内存剩余，Linux也不会把剩余的内存分配给这个进程，而是采用SWAP的方式来获得内存。有经验的系统管理员或者DBA都知道SWAP导致的数据库性能下降有多么坑爹。
所以最简单的方法，还是关闭掉这个特性。
关闭特性的方法，分别有：可以从BIOS，操作系统，启动进程时临时关闭这个特性。
a)由于各种BIOS类型的区别，如何关闭NUMA千差万别，我们这里就不具体展示怎么设置了。
b)在操作系统中关闭，可以直接在/etc/grub.conf的kernel行最后添加numa=off，如下所示：

kernel /vmlinuz-2.6.32-220.el6.x86_64 ro root=/dev/mapper/VolGroup-root rd_NO_LUKS LANG=en_US.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

另外可以设置 vm.zone_reclaim_mode=0尽量回收内存。
c)启动MySQL的时候，关闭NUMA特性：

numactl --interleave=all  mysqld &

当然，最好的方式是在BIOS中关闭。

ii)我们再看看vm.swappiness。

vm.swappiness是操作系统控制物理内存交换出去的策略。它允许的值是一个百分比的值，最小为0，最大运行100，该值默认为60。vm.swappiness设置为0表示尽量少swap，100表示尽量将inactive的内存页交换出去。
具体的说：当内存基本用满的时候，系统会根据这个参数来判断是把内存中很少用到的inactive 内存交换出去，还是释放数据的cache。cache中缓存着从磁盘读出来的数据，根据程序的局部性原理，这些数据有可能在接下来又要被读取；inactive 内存顾名思义，就是那些被应用程序映射着，但是“长时间”不用的内存。
我们可以利用vmstat看到inactive的内存的数量：

#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

通过/proc/meminfo 你可以看到更详细的信息：

#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。