高速再起動とパフォーマンスのための Warm Buffer Pool 機能 - PolarDB - Alibaba Cloud - PolarDB

PolarDB for MySQL のプライマリノードが再起動すると、InnoDB バッファープールは空の状態から開始されます。データベースは必要に応じてストレージからページを再読み込みするため、バッファープールが再構成されるまでの間、パフォーマンスが低下します。この再構成には、大量の書き込みワークロードまたは大規模トランザクションを処理する場合、数分かかることがあります。ウォームバッファプールは、バッファープールをデータベースプロセスとは独立した Linux 共有メモリ上に保存することで、この「コールドスタート」期間を解消します。バッファープールは再起動をまたいで保持され、ノードが復帰した直後に即座に利用可能になります。

前提条件

ウォームバッファプールを有効化する前に、以下の点を確認してください。

PolarDB クラスターが MySQL 8.0.2（リビジョンバージョン 8.0.2.1.0 以降）で実行されていること。バージョンの確認方法については、「エンジンバージョン」の「エンジンバージョンの照会」セクションをご参照ください。
テーブル圧縮機能が無効化されていること。

仕組み

ウォームバッファプールは、InnoDB バッファープールをプロセスメモリではなく Linux 共有メモリ上に保存します。バッファープールが PolarDB プロセスから独立しているため、再起動後も存続します。

主な動作特性は以下のとおりです。

再起動をまたいだ永続性： バッファープールの制御データ、ページメタデータ、およびページデータが共有メモリ上に保存されます。PolarDB 起動時に、新規のバッファープールを割り当てる代わりに、既存の共有メモリ上のバッファープールにアタッチします。
クラッシュ回復： ノードがクラッシュした場合、PolarDB は共有メモリ上のバッファープールに不整合がないかを検出し、アタッチ前に修復を行います。
高速なクリーンシャットダウン： 手動による再起動では、PolarDB がシャットダウン前に主要なトランザクション状態を保存します。これにより、シャットダウン時のロールバックおよび起動時の状態復元が不要となり、再起動時間を大幅に短縮できます。
O&M 操作： mysqlshm ツールを使用すると、コマンドラインから構成情報を照会したり、共有メモリ上のバッファープールを解放したりできます。

メリット

高速な再起動

ウォームバッファプールにより、プライマリノードの再起動時間が数分から数秒へと短縮されます。特に、プライマリノードのバッファープールが大規模であり、大量の書き込みワークロードや大規模トランザクションを処理する場合に、その効果が顕著です。

再起動後の安定したパフォーマンス

バッファープールが共有メモリ上に保持されるため、再起動後も直近にアクセスされたページが引き続き利用可能です。ウォームアップ期間が不要であり、パフォーマンス低下も発生しません。

以下の図は、Sysbench OLTP 読み取り専用ワークロードを用いて、50 GB のバッファープールで再起動中のスループットを示しています。

ウォームバッファプール未使用時（オレンジ線）：再起動直後にスループットが通常時の 2 % まで低下し、約 200 秒かけて回復します。
ウォームバッファプール使用時（青線）：再起動中もスループットに影響はありません。

ウォームバッファプールの有効化

手動再起動の場合

innodb_buf_shm_key を my.cnf で 0 以外の値に設定し、PolarDB クラスターを起動します。
機能が有効であることを確認します。
```
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'innodb_shared_buffer_pool_status';
```
返される値は Allocate from shared memory である必要があります。
innodb_fast_shutdown を 3 に設定します。
```
SET GLOBAL innodb_fast_shutdown = 3;
```
プライマリノードを再起動します。
再起動後に、再度ステータスを確認します。
```
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'innodb_shared_buffer_pool_status';
```
返される値は Attach to clean shutdown shared memory である必要があります。これは、ノードが正常にシャットダウンされたバッファープールにアタッチしたことを意味します。

例外発生による再起動の場合

innodb_buf_shm_key を my.cnf で 0 以外の値に設定し、PolarDB クラスターを起動します。
機能が有効であることを確認します。
```
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'innodb_shared_buffer_pool_status';
```
返される値は Allocate from shared memory である必要があります。
mysqld プロセスを終了して、ノードのクラッシュをシミュレートします。
ノードが再起動するまで待ちます。
再起動後に、再度ステータスを確認します。
```
SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'innodb_shared_buffer_pool_status';
```
返される値は Attach to abnormal shutdown shared memory である必要があります。これは、PolarDB がクラッシュ状態からの共有メモリ上のバッファープールを検出し、回復したことを意味します。

参考情報

パラメーター

パラメーター	型	レベル	説明
`innodb_buf_shm_key`	整数	グローバル	共有メモリ上のバッファープールの固有識別子です。ウォームバッファプールを有効化するには、0 以外の値を指定します。有効値：0 ～ 2^64−1。デフォルト値：`0`（無効）。
`innodb_buf_shm_base_addr`	整数	グローバル	共有バッファープールの仮想メモリアドレスのベースオフセットです。有効値：`0x300000000000` ～ 2^64−1。デフォルト値：`0x567800000000`。
`innodb_buf_page_desc_free_list_size`	整数	グローバル	圧縮ページ記述子のために予約されるページ数です。有効値：8 ～ 128。デフォルト値：`16`。
`innodb_buf_free_zip_pages`	整数	グローバル	再起動時の圧縮ページの処理方法です。有効値：`1`（例外による再起動時に圧縮ページを解放）、`2`（再起動中に圧縮ページを強制的に解放）。デフォルト値：`1`。
`innodb_buffer_pool_parallel_scan_threads`	整数	グローバル	並列バッファープールスキャンに使用するスレッド数です。有効値：0 ～ 512。デフォルト値：`4`。
`innodb_buf_shm_huge_page`	ブール値	グローバル	共有メモリの割り当て時にラージページを使用するかどうかを指定します。有効値：`ON`、`OFF`。デフォルト値：`ON`。
`innodb_fast_shutdown`	整数	グローバル	InnoDB のシャットダウンモードです。有効値：`0`、`1`、`2`、`3`。`3` は PolarDB 固有の値で、`2` と同じ動作ですが、未コミットトランザクションのロールバックを行いません。デフォルト値：`1`。

ステータス値

ウォームバッファプールの現在の状態を照会します。

SHOW GLOBAL STATUS LIKE 'innodb_shared_buffer_pool_status';

値	意味
`Using process private memory`	ウォームバッファプールは無効です。ノードは標準のプロセスプライベートメモリを使用します。
`Allocate from shared memory`	ウォームバッファプールは有効です。バッファープールは共有メモリ上に割り当てられます。
`Attach to clean shutdown shared memory`	ノードは正常にシャットダウンされたバッファープールにアタッチしました。完全な再起動高速化が適用されます。
`Attach to abnormal shutdown shared memory`	ノードはクラッシュを経ても存続したバッファープールにアタッチしました。PolarDB が不整合を検出し、修復済みです。

mysqlshm

mysqlshm は、共有メモリ上のバッファープールを管理するコマンドラインツールです。データベースの再起動なしに、バッファープールの状態を確認したり、解放したりできます。

Usage: mysqlshm -k key [options]
   -h, このヘルプを表示して終了します。
   -k, 共有メモリのキー  [必須]
   -i, 共有メモリの基本情報を表示します。
   -f, 共有メモリを解放します。