MySQL运维与监控之：`MySQL`的`IOPS`调优：`SSD`、`SAS`和`HDD`的选择。

好的，下面开始正文：

各位MySQL DBA朋友们，大家好。今天我们来聊聊MySQL运维与监控中一个非常关键的环节：IOPS调优，以及在调优过程中，如何根据实际情况选择SSD、SAS和HDD这三种不同的存储介质。IOPS（Input/Output Operations Per Second）即每秒读写操作次数，是衡量存储系统性能的重要指标，直接影响MySQL的响应速度和吞吐量。

一、IOPS与MySQL性能的关系

MySQL数据库的操作，本质上是对磁盘数据的读写。每一次查询、更新、插入、删除，甚至日志的写入，都需要经过磁盘IO。因此，IOPS越高，MySQL能够处理的并发请求也就越多，性能也就越好。

以下是一些常见的MySQL操作与IOPS的关系：

• 查询（SELECT）： 如果数据不在缓存中，需要从磁盘读取数据，消耗IOPS。
• 插入（INSERT）： 将数据写入磁盘，消耗IOPS。
• 更新（UPDATE）： 读取需要更新的数据，然后写入更新后的数据，消耗IOPS。
• 删除（DELETE）： 读取需要删除的数据，然后进行删除操作，消耗IOPS。
• 事务日志（redo/undo log）： 保证事务的持久性和原子性，需要频繁写入磁盘，消耗大量IOPS。
• binlog： 用于主从复制和数据恢复，也需要写入磁盘，消耗IOPS。

如果IOPS不足，MySQL会出现以下问题：

• 响应时间变长： 用户请求等待磁盘IO的时间增加，导致响应变慢。
• 查询超时： 某些查询因为IO等待时间过长而超时。
• 并发能力下降： 数据库无法处理大量的并发请求。
• 系统崩溃： 在极端情况下，IO瓶颈可能导致数据库崩溃。

二、存储介质的IOPS特性：SSD、SAS、HDD

不同的存储介质，其IOPS性能差异巨大。下面我们分别介绍SSD、SAS和HDD的IOPS特性：

存储介质	IOPS (典型值)	延迟 (典型值)	优点	缺点	适用场景
SSD	50,000+	0.1ms – 1ms	极高的IOPS，极低的延迟，随机读写性能优秀，抗震动，低功耗。	价格昂贵，写入寿命有限 (虽然现在技术已经大大提升了写入寿命，但仍然需要关注)，断电数据可能丢失 (有掉电保护的SSD可以避免)。	对IOPS要求极高的场景，如在线交易系统、高并发的Web应用、对延迟敏感的应用 (如金融交易)、MySQL的主库、关键业务数据库。
SAS	150-300	3ms – 5ms	相对较高的IOPS，相对较低的延迟，数据可靠性高，适用于企业级应用。	价格比HDD贵，性能不如SSD。	适用于对IOPS有一定要求，但对成本比较敏感的场景，如中小型企业的数据库、对数据可靠性要求高的场景、日志服务器、读写混合型应用。
HDD	80-150	5ms – 10ms	价格便宜，容量大，数据存储寿命长。	IOPS低，延迟高，随机读写性能差，易受震动影响，功耗高。	适用于对IOPS要求不高，但对容量要求高的场景，如数据仓库、备份服务器、归档数据存储、非核心业务数据库。

三、MySQL的IO类型分析

在进行IOPS调优之前，我们需要了解MySQL的IO类型，以便针对性地进行优化。MySQL的IO类型主要分为以下几种：

• 随机读： 从磁盘的不同位置读取数据，例如根据索引查找数据。
• 顺序读： 从磁盘的连续位置读取数据，例如全表扫描。
• 随机写： 将数据写入磁盘的不同位置，例如更新数据。
• 顺序写： 将数据写入磁盘的连续位置，例如写入日志。

不同的存储介质，对不同类型的IO性能表现不同。SSD在随机读写方面具有绝对优势，而HDD在顺序读写方面可能略优于SSD。

四、MySQL IOPS监控

监控MySQL的IOPS是进行IOPS调优的前提。我们可以使用多种工具来监控MySQL的IOPS，例如：

• iostat： Linux系统自带的IO性能监控工具，可以监控磁盘的读写速度、IOPS等指标。

  iostat -x 1

  该命令会每秒输出一次IO统计信息，其中r/s表示每秒读取扇区数，w/s表示每秒写入扇区数，rrqm/s表示每秒合并的读请求数，wrqm/s表示每秒合并的写请求数，await表示平均每次IO操作的等待时间（毫秒），svctm表示平均每次IO操作的服务时间（毫秒），%util表示磁盘的利用率。

• iotop： 类似于top命令，可以显示每个进程的IO使用情况。

  iotop

• MySQL Performance Schema： MySQL自带的性能监控工具，可以监控MySQL的IO相关事件。

  1. 开启Performance Schema：

     UPDATE performance_schema.setup_instruments SET enabled = 'YES', timed = 'YES' WHERE name LIKE 'io%';
     UPDATE performance_schema.setup_consumers SET enabled = 'YES' WHERE name LIKE '%statement%';
     FLUSH TABLES WITH READ LOCK;
     UNLOCK TABLES;

  2. 查询IO相关事件：

     SELECT
         event_name,
         COUNT(*) AS count,
         SUM(timer_wait) AS total_latency,
         AVG(timer_wait) AS avg_latency
     FROM performance_schema.events_waits_summary_global_by_event_name
     WHERE event_name LIKE 'wait/io/file/%'
     ORDER BY total_latency DESC
     LIMIT 10;

• Prometheus + Grafana： 可以使用Prometheus收集MySQL的IO指标，然后使用Grafana进行可视化展示。可以使用 mysqld_exporter 从MySQL获取数据。

五、IOPS调优策略：软硬件结合

IOPS调优是一个系统工程，需要软硬件结合，从多个方面入手。

1. 硬件层面

• 选择合适的存储介质： 根据MySQL的IO类型和业务需求，选择合适的存储介质。

  • SSD： 如果对IOPS要求极高，且预算充足，建议选择SSD。
  • SAS： 如果对IOPS有一定要求，且对成本比较敏感，可以选择SAS。
  • HDD： 如果对IOPS要求不高，但对容量要求高，可以选择HDD。

• RAID： 使用RAID可以提高IOPS和数据可靠性。

  • RAID 0： 条带化存储，可以提高IOPS，但没有数据冗余。
  • RAID 1： 镜像存储，可以提高数据可靠性，但磁盘利用率低。
  • RAID 5： 校验存储，兼顾IOPS和数据可靠性，但写入性能较差。
  • RAID 10： 结合RAID 1和RAID 0，可以提供较高的IOPS和数据可靠性。

• 增加内存： 增加内存可以减少磁盘IO，提高MySQL的性能。MySQL会尽可能地将数据缓存在内存中，减少对磁盘的访问。

• 使用高速网络： 如果MySQL服务器和存储服务器之间使用网络连接，使用高速网络可以减少网络延迟，提高IOPS。

2. 软件层面

• 优化SQL语句： 避免全表扫描，尽量使用索引，减少IO操作。

  • 使用 EXPLAIN 命令分析SQL语句的执行计划，找出需要优化的地方。

    EXPLAIN SELECT * FROM orders WHERE customer_id = 123;

  • 确保常用的查询字段都有索引。

    CREATE INDEX idx_customer_id ON orders (customer_id);

• 优化MySQL配置： 调整MySQL的配置参数，例如innodb_buffer_pool_size、innodb_log_file_size、innodb_flush_log_at_trx_commit等，可以提高MySQL的性能。

  • innodb_buffer_pool_size：InnoDB缓冲池的大小，用于缓存数据和索引，可以减少磁盘IO。建议设置为服务器内存的50%-80%。

    SET GLOBAL innodb_buffer_pool_size = '8G';

  • innodb_log_file_size：InnoDB日志文件的大小，影响事务的提交速度。建议设置为25%的innodb_buffer_pool_size。

    SET GLOBAL innodb_log_file_size = '2G';

  • innodb_flush_log_at_trx_commit：控制事务日志的刷新方式。

    • 0：事务提交时，不立即将日志写入磁盘，而是每秒写入一次。性能最好，但数据可靠性最低。
    • 1：事务提交时，立即将日志写入磁盘，数据可靠性最高，但性能最差。
    • 2：事务提交时，将日志写入操作系统的缓存，然后由操作系统定期写入磁盘。性能和数据可靠性介于0和1之间。

    在对数据可靠性要求不高的场景，可以设置为0或2，提高性能。

    SET GLOBAL innodb_flush_log_at_trx_commit = 2;

• 使用连接池： 使用连接池可以减少数据库连接的创建和销毁次数，提高MySQL的性能。

  • Java 代码示例 (使用 HikariCP 连接池):

    import com.zaxxer.hikari.HikariConfig;
    import com.zaxxer.hikari.HikariDataSource;
    
    import java.sql.Connection;
    import java.sql.SQLException;
    
    public class ConnectionPool {
    
        private static HikariDataSource dataSource;
    
        static {
            HikariConfig config = new HikariConfig();
            config.setJdbcUrl("jdbc:mysql://localhost:3306/mydatabase");
            config.setUsername("myuser");
            config.setPassword("mypassword");
            config.setMaximumPoolSize(10); // 设置连接池大小
    
            dataSource = new HikariDataSource(config);
        }
    
        public static Connection getConnection() throws SQLException {
            return dataSource.getConnection();
        }
    
        public static void close() {
            if (dataSource != null) {
                dataSource.close();
            }
        }
    
        public static void main(String[] args) {
            try (Connection connection = getConnection()) {
                // 使用 connection 执行数据库操作
                System.out.println("Connected to database!");
            } catch (SQLException e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                close(); // 关闭连接池
            }
        }
    }

• 定期维护： 定期进行数据清理、索引优化、表分析等操作，可以提高MySQL的性能。

  • 使用 OPTIMIZE TABLE 命令优化表，可以整理表碎片，提高查询效率。

    OPTIMIZE TABLE orders;

  • 使用 ANALYZE TABLE 命令分析表，可以更新表的统计信息，帮助MySQL优化器选择更好的执行计划。

    ANALYZE TABLE orders;

• 读写分离： 将读操作和写操作分离到不同的服务器上，可以提高MySQL的并发能力。

  • 使用MySQL的主从复制功能，将数据从主库同步到从库。
  • 将读操作路由到从库，将写操作路由到主库。

• 分库分表： 当数据量过大时，可以将数据分散到不同的数据库和表中，减少单表的数据量，提高查询效率。

六、案例分析：电商平台的IOPS调优

假设我们有一个电商平台，数据库主要存储商品信息、用户信息、订单信息等。随着用户量的增加，数据库的IOPS越来越高，导致响应时间变长。

1. 问题诊断：

• 使用iostat监控磁盘IO，发现磁盘利用率接近100%。
• 使用MySQL Performance Schema监控IO相关事件，发现大量的IO操作集中在wait/io/file/innodb/innodb_data_file和wait/io/file/innodb/innodb_log_file。
• 分析SQL语句，发现存在大量的全表扫描和没有使用索引的查询。

2. 解决方案：

• 硬件升级： 将MySQL服务器的存储介质从HDD升级到SSD，提高IOPS。
• 索引优化： 为常用的查询字段创建索引，避免全表扫描。
• SQL优化： 优化SQL语句，减少IO操作。
• 参数调整： 调整MySQL的配置参数，例如innodb_buffer_pool_size、innodb_log_file_size、innodb_flush_log_at_trx_commit等，提高MySQL的性能。
• 读写分离： 将读操作和写操作分离到不同的服务器上，提高MySQL的并发能力。

3. 效果评估：

• 升级到SSD后，磁盘利用率显著下降。
• 优化SQL语句和索引后，查询响应时间明显缩短。
• 读写分离后，MySQL的并发能力得到提高。

七、总结

今天的分享主要围绕MySQL的IOPS调优展开，详细介绍了SSD、SAS和HDD的特性以及如何根据业务需求选择合适的存储介质。同时，我们也讨论了如何监控MySQL的IOPS，以及从硬件和软件层面进行IOPS调优的策略。希望今天的分享能对大家在MySQL运维工作中有所帮助。

最后的思考：选择合适的存储介质，软硬件结合调优，持续监控和优化，是保障MySQL高性能的关键。