bitscn.com
mariadb线程池源码分析心中无码 0 前言 mysql5.5的enterprise版本以plugin的方式引入了thread pool，在并发请求数达到一定 数量的时候，性能相比社区版貌似有不少提高， 可以看下这个性能对比。
在引入线程池之前，mysql支持的线程处理方式(thread_handling参数控制)有no-threads和one-thread-per-connection两种方式，no-threads方式是指任一时刻最多只有一个连接可以连接到server，一般用于实验性质。 one-thread-per-connection是指针对每个连接创建一个线程来处理这个连接的所有请求，直到连接断开，线程 结束。是thread_handling的默认方式。
one-thread-per-connection存在的问题就是需要为每个连接创建一个新的thread，当并发连接数达到一定 程度，性能会有明显下降，因为过多的线程会导致频繁的上下文切换，cpu cache命中率降低和锁的竞争 更加激烈。
解决one-thread-per-connection的方法就是降低线程数，这样就需要多个连接共用线程，这便引入了线程 池的概念。线程池中的线程是针对请求的，而不是针对连接的，也就是说几个连接可能使用相同的线程处理 各自的请求。
mariadb在5.5引入了一个动态的线程池方案，可以根据当前请求的并发情况自动增加或减少线程数，还好 mariadb完全开源，本文结合mariadb的代码来介绍下thread pool的实现。这里使用的mariadb 10.0的 代码树。
1 相关参数 mysql的参数都写在sys_vars.cc文件下。
static sys_var_uint sys_threadpool_idle_thread_timeout( thread_pool_idle_timeout, timeout in seconds for an idle thread in the thread pool. worker thread will be shut down after timeout, global_var(threadpool_idle_timeout), cmd_line(required_arg), valid_range(1, uint_max), default(60), block_size(1));static sys_var_uint sys_threadpool_oversubscribe( thread_pool_oversubscribe, how many additional active worker threads in a group are allowed., global_var(threadpool_oversubscribe), cmd_line(required_arg), valid_range(1, 1000), default(3), block_size(1));static sys_var_uint sys_threadpool_size( thread_pool_size, number of thread groups in the pool. this parameter is roughly equivalent to maximum number of concurrently executing threads (threads in a waiting state do not count as executing)., global_var(threadpool_size), cmd_line(required_arg), valid_range(1, max_thread_groups), default(my_getncpus()), block_size(1), no_mutex_guard, not_in_binlog, on_check(0), on_update(fix_threadpool_size));static sys_var_uint sys_threadpool_stall_limit( thread_pool_stall_limit, maximum query execution time in milliseconds, before an executing non-yielding thread is considered stalled. if a worker thread is stalled, additional worker thread may be created to handle remaining clients., global_var(threadpool_stall_limit), cmd_line(required_arg), valid_range(10, uint_max), default(500), block_size(1), no_mutex_guard, not_in_binlog, on_check(0), on_update(fix_threadpool_stall_limit));
这几个参数都有相应的描述，这里再稍微具体介绍一下。
thread_pool_size: 线程池的分组（group）个数。mariadb的线程池并不是说一整个大池子，而是分成了不同的group，而且是按照到来connection的顺序进行分组的，如第一个connection分配到group[0]，那么第二个connection就分配到group[1]，是一种round robin的轮询分配方式。默认值是cpu core个数。
thread_pool_idle_timeout: 线程最大空闲时间，如果某个线程空闲的时间大于这个参数，则线程退出。
thread_pool_stall_limit: 监控间隔时间，thread pool有个监控线程，每隔这个时间，会检查每个group的线程可用数等状态，然后进行相应的处理，如wake up或者create thread。
thread_pool_oversubscribe: 允许的每个group上的活跃的线程数，注意这并不是每个group上的最大线程数，而只是可以处理请求的线程数。
2 thread handling设置thread pool模式其实是新增了一种thread_handling的方式，即在配置文件中设置：
[mysqld]thread_handling=pool-of-threads.....
mysql内部是有一个scheduler_functions结构体，不论thread_handling是哪种方式，都是通过设置这个 结构体中的函数来进行不同的调度。
/** scheduler_functions结构体 */struct scheduler_functions{ uint max_threads, *connection_count; ulong *max_connections; bool (*init)(void); bool (*init_new_connection_thread)(void); void (*add_connection)(thd *thd); void (*thd_wait_begin)(thd *thd, int wait_type); void (*thd_wait_end)(thd *thd); void (*post_kill_notification)(thd *thd); bool (*end_thread)(thd *thd, bool cache_thread); void (*end)(void);};static int get_options(int *argc_ptr, char ***argv_ptr){ ... /** 根据thread_handling选项的设置，选择不同的处理方式*/if (thread_handling max_threads= threadpool_max_threads; func->max_connections= arg_max_connections; func->connection_count= arg_connection_count; scheduler_init();}
上面可以看到设置了thread_scheduler的处理函数为tp_scheduler_functions，即 为thread pool方式，这种方式对应的初始函数为tp_init, 创建新连接的函数为 tp_add_connection，等待开始函数为tp_wait_begin,等待结束函数为tp_wait_end. 这里说明下等待函数的意义，等待函数一般是在等待磁盘i/o，等待锁资源，sleep，或者等待 网络消息的时候，调用wait_begin，在等待结束后调用wait_end，那么为什么要等待的时候 调用等待函数呢？这个在后面进行介绍。
上面讲的其实和thread pool关系不是很大，下面开始thread pool流程的介绍。thread pool涉及 到的源码在emphsql/threadpool_common.cc和emphsql/threadpool_unix.cc, 对于windows而言，还有emphsql/threadpool_win.cc.
3 线程池初始化——tp_init >tp_init| >thread_group_init| >start_timer
tp_init非常简单，首先是调用了thread_group_init进行组的初始化， 然后调用的start_timer开启了监控线程timer_thread。 至此为止，thread pool里面只有一个监控线程启动，而没有任何工作线程, 直到有新的连接到来。
4 添加新连接——tp_add_connection void tp_add_connection(thd *thd){ dbug_enter(tp_add_connection); threads.append(thd); mysql_mutex_unlock(&lock_thread_count); connection_t *connection= alloc_connection(thd); if (connection) { thd->event_scheduler.data= connection; /* assign connection to a group. */ thread_group_t *group= &all_groups[thd->thread_id%group_count]; connection->thread_group=group; mysql_mutex_lock(&group->mutex); group->connection_count++; mysql_mutex_unlock(&group->mutex); /* add connection to the work queue.actual logon will be done by a worker thread. */ queue_put(group, connection); } else { /* allocation failed */ threadpool_remove_connection(thd); } dbug_void_return;}
但server的主监听线程监听到有客户端的connect时，会调用tp_add_connection函数进行处理。 首先根据thread_id对group_count取模，找到其所属的group，然后调用queue_put将此connection 放入到group中的queue中。这里涉及到两个新的结构体，connection_t和thread_group_t。
struct connection_t{ thd *thd; thread_group_t *thread_group; connection_t *next_in_queue; connection_t **prev_in_queue; ulonglong abs_wait_timeout; //等待超时时间 bool logged_in; //是否进行了登录验证 bool bound_to_poll_descriptor; //是否添加到了epoll进行监听 bool waiting; //是否在等待状态，如i/o， sleep};struct thread_group_t { mysql_mutex_t mutex; connection_queue_t queue; //connection请求链表 worker_list_t waiting_threads; //group中正在等待被唤醒的thread worker_thread_t *listener; //当前group中用于监听的线程 pthread_attr_t *pthread_attr; int pollfd; //epoll 文件描述符，用于绑定group中的所有连接 int thread_count; //线程数 int active_thread_count;//活跃线程数 int connection_count; //连接数 /* stats for the deadlock detection timer routine.*/ int io_event_count; //epoll产生的事件数 int queue_event_count; //工作线程消化的事件数 ulonglong last_thread_creation_time; int shutdown_pipe[2]; bool shutdown; bool stalled; // 工作线程是否处于停滞状态 } my_aligned(512);
上面对这些参数进行了说明，理解这些参数的意义，才能了解这个动态thread pool的管理机制， 因为每个参数都会影响到thread pool的增长或收缩。
介绍完结构体，继续回到新的连接到来，这时会调用queue_put函数，将此connection放到 group的队列queue中。
static void queue_put(thread_group_t *thread_group, connection_t *connection){ dbug_enter(queue_put); mysql_mutex_lock(&thread_group->mutex); thread_group->queue.push_back(connection); if (thread_group->active_thread_count == 0) wake_or_create_thread(thread_group); mysql_mutex_unlock(&thread_group->mutex); dbug_void_return;}
注意，这时候有个active_thread_count的判断，如果没有活跃的线程，那么就无法处理 这个新到的请求啊，这时就需要调用wake_or_create_thread，这个函数首先会尝试唤醒group 等待线程链表waiting_threads中的线程，如果没有等待中的线程，则需要创建一个线程。 至此，新到的connection被挂到了group的queue上，这样一个连接算是add进队列了，那么如何 处理这个连接呢？我们继续往下看。
5 工作线程——worker_main 由于是第一个连接到来，那么肯定没有waiting_threads，此时会调用create_worker 函数创建一个工作线程。我们直接来看下工作线程。
static void *worker_main(void *param){ ... dbug_enter(worker_main); thread_group_t *thread_group = (thread_group_t *)param; /* run event loop */ for(;;) { connection_t *connection; struct timespec ts; set_timespec(ts,threadpool_idle_timeout); connection = get_event(&this_thread, thread_group, &ts); if (!connection) break; this_thread.event_count++; handle_event(connection); } .... my_thread_end(); return null;}
上面是整个工作线程的逻辑，可以看到是一个循环，get_event用来获取新的需要处理的 connection，然后调用handle_event进行处理相应的connection。one thread per connection 中每个线程也是一个循环体，这两者之间的区别就是，thread pool的循环等待的是一个可用的event， 并不局限于某个固定的connection的event，而one thread per connection的循环等待是等待固定的 connection上的event，这就是两者最大的区别。
6 事件获取——get_event 工作线程通过get_event获取需要处理的connection，
connection_t *get_event(worker_thread_t *current_thread, thread_group_t *thread_group, struct timespec *abstime){ ... for(;;) { ... /** 从queue中获取connection */ connection = queue_get(thread_group); if(connection) { fprintf(stderr, thread %x get a new connection./n, (unsigned int)pthread_self()); break; } ... /**监听epoll */ if(!thread_group->listener) { thread_group->listener= current_thread; thread_group->active_thread_count--; mysql_mutex_unlock(&thread_group->mutex); fprintf(stderr, thread %x waiting for a new event./n, (unsigned int)pthread_self()); connection = listener(current_thread, thread_group); fprintf(stderr, thread %x get a new event for connection %p./n, (unsigned int)pthread_self(), connection); mysql_mutex_lock(&thread_group->mutex); thread_group->active_thread_count++; /* there is no listener anymore, it just returned. */ thread_group->listener= null; break; } ...}
这个get_event的函数逻辑稍微有点多，这里只抽取了获取事件的两个点， 我们接着按照第一个连接到来是的情形进行说明， 第一个连接到来，queue中有了一个connection，这是get_event便会从queue中获取到一个 connection，返回给worker_main线程。worker_main接着调用handle_event进行事件处理。
每个新的connection连接到服务器后，其socket会绑定到group的epoll中，所以，如果queue中 没有connection，需要从epool中获取，每个group的所有连接的socket都绑定在group的epool 中，所以任何一个时刻，最多只有一个线程能够监听epoll，如果epoll监听到有event的话，也会返回 相应的connection，然后再调用handle_event进行处理。
7 事件处理——handle_event handle_event的逻辑比较简单，就是根据connection_t上是否登录过，进行分支，如果没 登录过，说明是新到的连接，则进行验证，否则直接进行请求处理。
static void handle_event(connection_t *connection){ dbug_enter(handle_event); int err; if (!connection->logged_in) //处理登录 { err= threadpool_add_connection(connection->thd); connection->logged_in= true; } else //处理请求 { err= threadpool_process_request(connection->thd); } if(err) goto end; set_wait_timeout(connection); /** 设置socket到epoll的监听 */ err= start_io(connection);end: if (err) connection_abort(connection); dbug_void_return;}static int start_io(connection_t *connection){ int fd = mysql_socket_getfd(connection->thd->net.vio->mysql_socket); ... /* 绑定到epoll *。 if (!connection->bound_to_poll_descriptor) { connection->bound_to_poll_descriptor= true; return io_poll_associate_fd(group->pollfd, fd, connection); } return io_poll_start_read(group->pollfd, fd, connection);}
注意，在handle_event之后，会调用start_io，这个函数很重要，这个函数会将新 到的connection的socket绑定到group的epoll上进行监听。
8 线程等待 当group中的线程没有任务执行时，所有线程都会在get_event处等待，但是有两种等待方式， 一种是在epoll上等待事件，每个group中只有一个线程会做这个事情，且这个会一直等待，直到有新 的事件到来。另一种就是等待一定的时间， 即参数thread_pool_idle_time这个时间，如果超过了这个时间，那么当前的线程的get_event就会 返回空，然后worker_main线程就会退出。如果在线程等待的过程被唤醒的话，那么就会继续在 get_event中进行循环，等待新的事件。
9 唤醒等待线程 有两种方式会唤醒等待的线程，一种是监控线程timer_thread,另一种就是一些active的线程碰到 需要等待的时候，会调用tp_wait_begin，这个函数如果判断当前没有active的thread且没有thread监听 epoll，则会调用wake_or_create_thread。
监控线程timer_thread用于定期监控group中的thread使用情况，具体的检查函数是check_stall.
void check_stall(thread_group_t *thread_group){ ... /** 如果没有线程监听epoll且自上次检查到现在没有新的event事件产生，说明所有的 活跃线程都在 忙于执行长任务，则需要唤醒或创建工作线程 */ if (!thread_group->listener && !thread_group->io_event_count) { wake_or_create_thread(thread_group); mysql_mutex_unlock(&thread_group->mutex); return; } /* reset io event count */ thread_group->io_event_count= 0; /** 如果队列queue中有请求，且自上次检查到现在queue中的请求没有被消化， 则说明所有活跃线程忙于执行长任务，需要唤醒或创建工作线程*/ if (!thread_group->queue.is_empty() && !thread_group->queue_event_count) { thread_group->stalled= true; wake_or_create_thread(thread_group); } /* reset queue event count */ thread_group->queue_event_count= 0; mysql_mutex_unlock(&thread_group->mutex);}
10 小结 mariadb的thread pool的实现相对比较简单，总体上就是将group中所有的connection的socket挂在 group的epoll_fd上进行事件监听，监听到的事件或被当前线程执行，或者被push到group的queue上 被其他线程执行。
监控线程timer_thread定期的根据需要去唤醒等待线程或创建新的线程，来达到动态增加的thread的 目的。而thread的收缩则是通过线程等待事件超时来完成的。
btw，在跟踪代码的过程中，也发现了使用thread pool时导致server crash的情况，提交了个 bug给mariadb，发现当天就有回复， 并立刻修复push到source tree上了，看来mariadb的团队反映够迅速的，赞一个。
references[1]thread pool in mariadb 5.5[3]the thread pool plugin[3]thread pool worklog
file translated fromtexby tth,version 4.03.
on 25 may 2013, 01:39.
bitscn.com