MySQL表空间碎片化与pt-online-schema-change在线表空间回收
大家好，今天我们来聊聊MySQL表空间碎片化以及如何使用pt-online-schema-change工具进行在线无锁的表空间回收与碎片整理。 这个问题在MySQL性能优化中经常遇到，尤其是在频繁进行数据增删改查的场景下。
1. 什么是表空间碎片化？
表空间是MySQL用于存储表数据和索引的空间。 随着数据的不断增删改，数据页会被频繁地分配和释放，导致表空间中出现大量的空洞，这些空洞就是碎片。 碎片化会导致以下问题：
- 空间浪费： 碎片占据了实际存储空间，但并没有存储有效数据。
- 查询性能下降： MySQL需要读取更多的数据页才能找到所需的数据，增加了I/O开销。
- 写入性能下降： MySQL需要花费更多时间来找到合适的空闲空间来存储新的数据。
表空间碎片化分为两种：
- 内部碎片： 单个数据页内部存在未被使用的空间。 这通常是由于行的大小不固定，导致数据页无法完全填满。
- 外部碎片： 表空间中存在很多小的、不连续的空闲区域。 这通常是由于频繁的删除操作导致的。
2. 如何检测表空间碎片化？
我们可以使用OPTIMIZE TABLE语句来分析表空间碎片化情况。 虽然OPTIMIZE TABLE也能进行表空间整理，但它会锁定表，影响业务运行。 所以，我们需要一种在线的方式来做这件事。
另外一种方法是使用INFORMATION_SCHEMA数据库中的TABLES表来查看表的Data_free字段。 Data_free字段表示表空间中可用于存储数据的空闲空间大小，单位是字节。 如果Data_free的值很大，则说明表空间碎片化比较严重。
SELECT
table_schema AS 'Database',
table_name AS 'Table',
round(((data_length + index_length) / 1024 / 1024), 2) AS 'Size in MB',
round((data_free / 1024 / 1024), 2) AS 'Free in MB'
FROM
information_schema.TABLES
WHERE
table_schema NOT IN ('mysql', 'information_schema', 'performance_schema', 'sys')
ORDER BY
(data_length + index_length) DESC;这条SQL语句会列出所有数据库中表的名称、大小和空闲空间大小，并按照表的大小降序排列。通过观察Free in MB列，我们可以判断哪些表的碎片化比较严重。
3. 为什么选择pt-online-schema-change？
pt-online-schema-change是Percona Toolkit工具包中的一个工具，用于在线修改表结构。 它通过创建一个与原表结构相同的新表，然后将原表的数据复制到新表中，最后替换原表来实现在线修改表结构。 在这个过程中，原表仍然可以正常读写，从而避免了锁定表带来的影响。 由于数据是重新写入新表，因此可以实现表空间碎片整理。
pt-online-schema-change的优点：
- 在线操作： 不会锁定原表，避免影响业务运行。
- 数据一致性： 通过触发器保证数据在复制过程中的一致性。
- 灵活配置： 提供多种参数，可以根据实际情况进行配置。
- 自动回滚： 如果操作失败，可以自动回滚到原始状态。
4. pt-online-schema-change的工作原理
pt-online-schema-change的工作流程如下：
- 创建新表： 创建一个与原表结构相同的新表，新表的命名通常是在原表名后面加上
_new后缀。 - 创建触发器： 在原表上创建三个触发器：
INSERT、UPDATE和DELETE。 这些触发器会将对原表的修改同步到新表中，保证数据一致性。 - 复制数据： 将原表的数据复制到新表中。 这个过程通常会分批进行，以避免一次性复制大量数据导致性能问题。
- 替换原表： 将原表重命名为
_old后缀，然后将新表重命名为原表名。 - 删除旧表： 删除旧表。
- 删除触发器： 删除在原表上创建的触发器。
5. 安装pt-online-schema-change
pt-online-schema-change是Percona Toolkit的一部分。 可以通过以下步骤安装Percona Toolkit：
- 下载Percona Toolkit： 从Percona官网下载Percona Toolkit的安装包。
- 安装Percona Toolkit： 根据操作系统的不同，选择不同的安装方式。 例如，在Debian/Ubuntu系统上，可以使用
apt-get命令安装：
sudo apt-get update
sudo apt-get install percona-toolkit- 验证安装： 安装完成后，可以使用
pt-online-schema-change --version命令来验证是否安装成功。
6. 使用pt-online-schema-change进行表空间回收与碎片整理
使用pt-online-schema-change进行表空间回收与碎片整理的基本语法如下：
pt-online-schema-change --alter "ENGINE=InnoDB" D=database_name,t=table_name --execute其中：
--alter "ENGINE=InnoDB"：指定要修改的表结构。 这里我们将表的存储引擎修改为InnoDB。 即使表的存储引擎已经是InnoDB，这个操作也会重新构建表，从而实现表空间碎片整理。 这也可以用于将表从MyISAM转换为InnoDB。D=database_name：指定数据库名。t=table_name：指定表名。--execute：表示实际执行操作。 如果不加这个参数，pt-online-schema-change只会输出操作计划，而不会实际执行操作。
7. pt-online-schema-change 常用选项
以下是一些常用的pt-online-schema-change选项：
| 选项 | 描述 |
|---|---|
--host |
MySQL服务器的主机名。 |
--port |
MySQL服务器的端口号。 |
--user |
MySQL用户名。 |
--password |
MySQL密码。 |
--socket |
MySQL socket文件路径。 |
--chunk-time |
每次复制数据的最大时间，单位是秒。 默认值是0.5秒。 可以根据实际情况调整这个值，以平衡复制速度和对原表的影响。 |
--chunk-size |
每次复制数据的行数。 默认值是1000。 可以根据实际情况调整这个值，以平衡复制速度和对原表的影响。 |
--max-lag |
允许的最大复制延迟，单位是秒。 pt-online-schema-change会监控复制延迟，如果超过这个值，则会暂停复制操作，直到复制延迟降到这个值以下。 这可以避免复制延迟过高影响业务运行。 |
--alter |
指定要修改的表结构。 |
--new-table-name |
指定新表的名称。 默认值是在原表名后面加上_new后缀。 |
--alter-foreign-keys-method |
处理外键约束的方法。 可选值包括：auto、rebuild_constraints、drop_swap和none。 默认值是auto。 |
--no-check-replication-filters |
不检查复制过滤器。 默认情况下，pt-online-schema-change会检查复制过滤器，以确保新表的数据能够正确地复制到从库。 如果确定复制过滤器已经配置正确，可以加上这个选项来跳过检查，提高执行速度。 |
--dry-run |
只输出操作计划，而不实际执行操作。 |
--execute |
实际执行操作。 |
--recursion-method |
指定如何发现slave服务器。常用选项包括hosts, processlist和none。在复制环境中，该工具需要找到所有的slave，才能确保在所有slave上执行相应的操作。 |
8. 示例
假设我们要对数据库test中的表users进行表空间回收与碎片整理。 我们可以使用以下命令：
pt-online-schema-change --host=127.0.0.1 --port=3306 --user=root --password=password --alter "ENGINE=InnoDB" D=test,t=users --execute这个命令会将test数据库中的users表的存储引擎修改为InnoDB，从而实现表空间碎片整理。 在执行这个命令之前，建议先使用--dry-run选项来查看操作计划，确保操作不会对业务产生影响。
pt-online-schema-change --host=127.0.0.1 --port=3306 --user=root --password=password --alter "ENGINE=InnoDB" D=test,t=users --dry-run9. 处理外键约束
如果表存在外键约束，pt-online-schema-change需要特别处理。 --alter-foreign-keys-method选项用于指定处理外键约束的方法。
auto：pt-online-schema-change会自动选择合适的处理方法。 这是默认值。rebuild_constraints：pt-online-schema-change会先禁用外键约束，然后在新表上重新创建外键约束。 这种方法适用于外键约束比较简单的情况。drop_swap：pt-online-schema-change会先删除原表上的外键约束，然后在替换原表之后，在新表上重新创建外键约束。 这种方法适用于外键约束比较复杂的情况。none：pt-online-schema-change不会处理外键约束。 这种方法需要手动处理外键约束。
如果使用rebuild_constraints方法，可能需要增加--max-load参数，限制MySQL服务器的负载，以避免在高负载情况下重新创建外键约束导致性能问题。
例如：
pt-online-schema-change --host=127.0.0.1 --port=3306 --user=root --password=password --alter "ENGINE=InnoDB" D=test,t=users --alter-foreign-keys-method=rebuild_constraints --max-load=Threads_running=50 --execute10. 监控复制延迟
在复制环境中，pt-online-schema-change需要监控复制延迟，以避免复制延迟过高影响业务运行。 --max-lag选项用于指定允许的最大复制延迟。
如果复制延迟超过--max-lag的值，pt-online-schema-change会暂停复制操作，直到复制延迟降到这个值以下。
例如：
pt-online-schema-change --host=127.0.0.1 --port=3306 --user=root --password=password --alter "ENGINE=InnoDB" D=test,t=users --max-lag=30 --execute11. 注意事项
- 备份数据： 在执行任何表结构修改操作之前，都应该备份数据，以防止意外情况发生。
- 测试环境： 在生产环境执行操作之前，应该先在测试环境进行充分的测试。
- 监控： 在执行操作过程中，应该密切监控MySQL服务器的性能，以确保操作不会对业务产生影响。
- 权限： 执行
pt-online-schema-change的用户需要具有足够的权限，才能创建、修改和删除表、触发器等对象。 - 空间： 确保磁盘空间足够，因为
pt-online-schema-change会创建一个新表，需要额外的存储空间。
12. 可能遇到的问题及解决方案
Error creating triggers on table： 这通常是由于权限不足导致的。 请确保执行pt-online-schema-change的用户具有CREATE TRIGGER权限。Error copying rows： 这可能是由于数据类型不兼容导致的。 请检查原表和新表的结构是否一致。Error renaming tables： 这可能是由于表被锁定导致的。 请确保没有其他会话锁定表。- 复制延迟过高： 如果复制延迟过高，
pt-online-schema-change会暂停复制操作。 可以尝试调整--chunk-time和--chunk-size选项，以平衡复制速度和对原表的影响。 也可以增加--max-lag的值，允许更大的复制延迟。
13. 总结
通过pt-online-schema-change工具，我们可以安全地进行在线表空间回收与碎片整理，它创建一个新表，然后将数据复制到新表，最后替换原表，保证了操作的在线性，减少了对业务的影响。合理配置pt-online-schema-change的各项参数，可以确保操作的顺利进行，避免出现问题。