數據庫作為存儲系統，所有業務訪問數據的操作都會轉化為底層數據庫系統的IO行為（緩存系統也可以當做是key-value的數據庫）,本文主要介紹訪問MySQL數據庫的IO流程以及IO相關的參數。
一、MySQL的文件
首先簡單介紹一下MySQL的數據文件，MySQL 數據庫包含如下幾種文件類型：
1）數據文件 (datafile)
存放表中的具體數據的文件。
2）數據字典
記錄數據庫中所有innodb表的信息。
3）重做日志 (redolog)
記錄數據庫變更記錄的文件，用於系統異常crash(掉電)后的恢復操作，可以配置多個(配置這個參數innodb_log_files_in_group)比如 ib_logfile0、 ib_logfile1。
4）回滾日志 (undolog)
也存在於mysql 的ibdata文件，用戶記錄事務的回滾操作。注在mysql5.6以上版本可以拆開出來，單獨文件夾存在。
5）歸檔日志 (binlog)
事務提交之后，記錄到歸檔日志中。
6）中繼日志 (relaylog)
從master獲取到slave的中轉日志文件，sql_thread則會應用relay log並重放於從機器。
7）其他日志slowlolg, errorlog, querylog
這里慢日志也經常用。可以結合pt-query-digest工具和anemometer一起展示出來。
對於以上文件的IO訪問順序可以分為順序訪問 比如binlog ，redolog ，relay log是順序讀寫，datafile，ibdata file是隨機讀寫，這些IO訪問的特點決定了在os 配置磁盤信息時候，如何考慮分區 ，比如順序寫可以的log可以放到SAS盤 ，隨機讀寫的數據文件可以放到ssd或者fio高性能的存儲。
二、數據訪問流程
數據庫訪問分為兩種類型， 一種是讀操作，另外一種是寫操作。
- 讀操作
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1
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create table t (
id int not null primary key ,
k1 int not null,
data varchar(50),
key ind_k1(k1)
) engine=innodb default charset=utf8;
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以select * from tab where k1=1 ;為例。
讀操作的IO流程
1、查看緩存中是否存在id，
2、如果有則從內存中訪問，否則要訪問磁盤，
3、並將索引數據存入內存，利用索引來訪問數據,
4、對於數據也會檢查數據是否存在於內存，
5、如果沒有則訪問磁盤獲取數據，讀入內存。
6、返回結果給用戶。
- 寫操作
為了保證數據寫入操作的安全性，數據庫系統設置了 undo，redo 保護機制，避免因為os或者數據庫系統異常導致的數據丟失或者不一致的異常情況發生。
以insert into t values(1,1，’shuiyi’);為例。
寫操作的IO流程
我們假定數據在內存中，不考慮從磁盤中獲取數據的情形，大致的寫操作步驟：
1、先寫undo log。
2、在內存更新數據，這步操作就在內存中形成了臟頁，如果臟頁過多，checkpoint機制進行刷新，innodb_max_dirty_pages_pct決定了刷新臟頁比例。innodb_io_capacity參數可以動態調整刷新臟頁的數量，innodb_lru_scan_depth這個參數決定了刷新每個innodb_buffer_pool的臟頁數量。
3、記錄變更到redo log，prepare這里會寫事務id。innodb_flush_log_at_trx_commit決定了事務的刷盤方式。為0時，log buffer將每秒一次地寫入log file中，並且log file的flush(刷到磁盤)操作同時進行。該模式下，在事務提交的時候，不會主動觸發寫入磁盤的操作。為1，每次事務提交時MySQL都會把log buffer的數據寫入log file，並且flush(刷到磁盤)中去.為2，每次事務提交時MySQL都會把log buffer的數據寫入log file.但是flush(刷到磁盤)操作並不會同時進行。該模式下，MySQL會每秒執行一次 flush(刷到磁盤)操作。
4、寫入binlog這里會寫入一個事務id這里有個sync_binlog參數決定多個事務進行一次性提交。
5、redo log第二階段，這里會進行判斷前2步是否成功，成功則默認commit，否則rollback。刷入磁盤操作。這里是先從臟頁數據刷入到內存2M大小的doublewrite buffer，然后是一次性從內存的doublewrite buffer刷新到共享表空間的doublewrite buffer，這里產生了一次IO。然后從內存的內存的doublewrite buffer刷新2m數據到磁盤的ibd文件中，這里需要發生128次io。然后校驗，如果不一致，就由共享表空間的副本進行修復。這里有個參數innodb_flush_method決定了數據刷新直接刷新到磁盤，繞過os cache。
6、返回給client。
如果有slave，第4步之后經過slave服務線程io_thread寫到從庫的relay log ，再由sql thread應用relay log到從庫中。
關於性能？
寫undo redo log ，binlog的過程中都是順序寫，都會很快的完成，隨機寫操作，inset_buffer功能。
對於非聚集類索引的插入和更新操作(5.5 版本及以上支持Update/Delete/Purge等操作的buffer功能)，不是每一次都直接插入到索引頁中，而是先插入到內存中。具體做法是：如果該索引頁在緩沖池中，直接插入；否則，先將其放入插入緩沖區中，再以一定的頻率和索引頁合並，就可以將同一個索引頁中的多個插入合並到一個IO操作中，改隨機寫為順序寫，大大提高寫性能。
關於數據安全，這是數據庫寫入的重點？
1，2，3過程失敗就是事務失敗，因為此時還未寫入磁盤，對磁盤中的數據無影響，返回事務失敗給client，從庫也不會受到影響。 4，5過程失敗的時候或者已經將寫成功返回給客戶，可以根據redo log的記錄來進行恢復，如果出現部分寫失效請參考《double write》。
MySQL的寫redo log的第一個階段會把所有需要做的操作做完，記錄數據變更，第二階段的工作比較簡單 ，只做事務提交確認。如果寫入binlog成功，而第二階段失敗，MySQL啟動時也會將事務進行重做，最終更新到磁盤中。MySQL 5.5+的smei sync可以更好的保障主從的事務一致性。
三、文件訪問方式
IO 訪問的方式分為兩種順序讀寫和隨機讀寫， 在MySQL的io過程中可以以此來將數據庫文件分類
順序讀寫：重做日志ib_logfile*，binlog file。
隨機讀寫：innodb表數據文件，ibdata文件。
根據系統的訪問類型，對硬件做如下分類：讀多（SSD+RAID）、寫多FIO(flashcache)、容量密集（fio + flashcache）。
由於隨機io會嚴重降低系統的性能，在當前的硬件水平下，可以考慮選擇獎數據庫服務器配置ssd/fusionio。
四、影響IO的參數和策略
影響mysql io的參數有很多個，這里羅列幾個重要的參數。
innodb_buffer_pool_size
該參數控制innodb緩存大小，用於緩存應用訪問的數據，推薦配置為系統可用內存的80%。
binlog_cache_size
該參數控制二進制日志緩沖大小，當事務還沒有提交時，事務日志存放於cache，當遇到大事務cache不夠用的時，mysql會把uncommitted的部分寫入臨時文件,等到committed的時候才會寫入正式的持久化日志文件。
innodb_max_dirty_pages_pct
該參數可以直接控制Dirty Page在BP中所占的比率，當dirty page達到了該參數的閾值，就會觸發MySQL系統刷新數據到磁盤。
innodb_flush_log_at_trx_commit
該參數確定日志文件何時write、flush。
為0，log buffer將每秒一次地寫入log file中，並且log file的flush(刷到磁盤)操作同時進行.該模式下，在事務提交的時候，不會主動觸發寫入磁盤的操作。
為1，每次事務提交時MySQL都會把log buffer的數據寫入log file，並且flush(刷到磁盤)中去.
為2，每次事務提交時MySQL都會把log buffer的數據寫入log file.但是flush(刷到磁盤)操作並不會同時進行。該模式下,MySQL會每秒執行一次 flush(刷到磁盤)操作。
注意：由於進程調度策略問題，這個“每秒執行一次flush(刷到磁盤)操作”並不是保證100%的“每秒”。
sync_binlog
sync_binlog的默認值是0，像操作系統刷其他文件的機制一樣，MySQL不會同步到磁盤中去而是依賴操作系統來刷新binary log。
當sync_binlog =N (N>0) ，MySQL 在每寫 N次 二進制日志binary log時，會使用fdatasync()函數將它的寫二進制日志binary log同步到磁盤中去。
innodb_flush_method
該參數控制日志或數據文件如何write、flush。可選的值為fsync，o_dsync，o_direct，littlesync，nosync。
數據庫的I/O是一個很復雜和細致的知識層面，涉及數據庫層和OS層面的IO寫入策略，也和硬件的配置有關，更詳細看MySQL InnoDB磁盤I/O優化。