1、數據庫啓動的時候，是如何初始化Buffer Pool的？
現在我們已經搞明白一件事兒了，那就是數據庫的Buffer Pool到底長成個什麼樣，大家想必都是理解了
其實說白了，裏面就是會包含很多個緩存頁，同時每個緩存頁還有一個描述數據，也可以叫做是控制數據，但是我個人是比較傾向於叫做描述數據，或者緩存頁的元數據，都是可以的。
那麼在數據庫啓動的時候，他是如何初始化Buffer Pool的呢？
其實這個也很簡單，數據庫只要一啓動，就會按照你設置的Buffer Pool大小，稍微再加大一點，去找操作系統申請一塊內存區域，作爲Buffer Pool的內存區域。
然後當內存區域申請完畢之後，數據庫就會按照默認的緩存頁的16KB的大小以及對應的800個字節左右的描述數據的大小，在Buffer Pool中劃分出來一個一個的緩存頁和一個一個的他們對應的描述數據。
然後當數據庫把Buffer Pool劃分完畢之後，看起來就是之前我們看到的那張圖了，如下圖所示。
只不過這個時候，Buffer Pool中的一個一個的緩存頁都是空的，裏面什麼都沒有，要等數據庫運行起來之後，當我們要對數據執行增刪改查的操作的時候，纔會把數據對應的頁從磁盤文件裏讀取出來，放入Buffer Pool中的緩存頁中。
2、我們怎麼知道哪些緩存頁是空閒的呢？
接着我們來看下一個問題，當你的數據庫運行起來之後，你肯定會不停的執行增刪改查的操作，此時就需要不停的從磁盤上讀取一個一個的數據頁放入Buffer Pool中的對應的緩存頁裏去，把數據緩存起來，那麼以後就可以對這個數據在內存裏執行增刪改查了。
但是此時在從磁盤上讀取數據頁放入Buffer Pool中的緩存頁的時候，必然涉及到一個問題，那就是哪些緩存頁是空閒的？
因爲默認情況下磁盤上的數據頁和緩存頁是一 一對應起來的，都是16KB，一個數據頁對應一個緩存頁。
所以我們必須要知道Buffer Pool中哪些緩存頁是空閒的狀態。
所以數據庫會爲Buffer Pool設計一個free鏈表，他是一個雙向鏈表數據結構，這個free鏈表裏，每個節點就是一個空閒的緩存頁的描述數據塊的地址，也就是說，只要你一個緩存頁是空閒的，那麼他的描述數據塊就會被放入這個free鏈表中。
剛開始數據庫啓動的時候，可能所有的緩存頁都是空閒的，因爲此時可能是一個空的數據庫，一條數據都沒有，所以此時所有緩存頁的描述數據塊，都會被放入這個free鏈表中
我們看下圖所示
大家可以看到上面出現了一個free鏈表，這個free鏈表裏面就是各個緩存頁的描述數據塊，只要緩存頁是空閒的，那麼他們對應的描述數據塊就會加入到這個free鏈表中，每個節點都會雙向鏈接自己的前後節點，組成一個雙向鏈表。
除此之外，這個free鏈表有一個基礎節點，他會引用鏈表的頭節點和尾節點，裏面還存儲了鏈表中有多少個描述數據塊的節點，也就是有多少個空閒的緩存頁。
3、free鏈表佔用多少內存空間？
可能有的人會以爲這個描述數據塊，在Buffer Pool裏有一份，在free鏈表裏也有一份，好像在內存裏有兩個一模一樣的描述數據塊，是麼？
其實這麼想就大錯特錯了。
這裏要給大家講明白一點，這個free鏈表，他本身其實就是由Buffer Pool裏的描述數據塊組成的，你可以認爲是每個描述數據塊裏都有兩個指針，一個是free_pre，一個是free_next，分別指向自己的上一個free鏈表的節點，以及下一個free鏈表的節點。
通過Buffer Pool中的描述數據塊的free_pre和free_next兩個指針，就可以把所有的描述數據塊串成一個free鏈表，大家可以自己去思考一下這個問題。上面爲了畫圖需要，所以把描述數據塊單獨畫了一份出來，表示他們之間的指針引用關係。
對於free鏈表而言，只有一個基礎節點是不屬於Buffer Pool的，他是40字節大小的一個節點，裏面就存放了free鏈表的頭節點的地址，尾節點的地址，還有free鏈表裏當前有多少個節點。
4、如何將磁盤上的頁讀取到Buffer Pool的緩存頁中去？
好了，現在我們可以來解答這一篇文章的最後一個問題了，當你需要把磁盤上的數據頁讀取到Buffer Pool中的緩存頁裏去的時候，是怎麼做到的？
其實有了free鏈表之後，這個問題就很簡單了。
首先，我們需要從free鏈表裏獲取一個描述數據塊，然後就可以對應的獲取到這個描述數據塊對應的空閒緩存頁，我們看下圖所示。
接着我們就可以把磁盤上的數據頁讀取到對應的緩存頁裏去，同時把相關的一些描述數據寫入緩存頁的描述數據塊裏去，比如這個數據頁所屬的表空間之類的信息，最後把那個描述數據塊從free鏈表裏去除就可以了，如下圖所示。
可能有朋友還是疑惑，這個描述數據塊是怎麼從free鏈表裏移除的呢？
簡單，我給你一段僞代碼演示一下。
假設有一個描述數據塊02，他的上一個節點是描述數據塊01，下一個節點是描述數據塊03，那麼他在內存中的數據結構如下。
現在假設block03被使用了，要從free鏈表中移除，那麼此時直接就可以把block02節點的free_next設置爲null就可以了，block03就從free鏈表裏失去引用關係了，如下所示。
想必看到這裏，大家就完全明白，磁盤中的數據頁是如何讀取到Buffer Pool中的緩存頁裏去的了，而且這個過程中free鏈表是用來幹什麼的。
5、你怎麼知道數據頁有沒有被緩存？
接着我們來看下一個問題：你怎麼知道一個數據頁有沒有被緩存呢？
我們在執行增刪改查的時候，肯定是先看看這個數據頁有沒有被緩存，如果沒被緩存就走上面的邏輯，從free鏈表中找到一個空閒的緩存頁，從磁盤上讀取數據頁寫入緩存頁，寫入描述數據，從free鏈表中移除這個描述數據塊。
但是如果數據頁已經被緩存了，那麼就會直接使用了。
所以其實數據庫還會有一個哈希表數據結構，他會用表空間號+數據頁號，作爲一個key，然後緩存頁的地址作爲value。
當你要使用一個數據頁的時候，通過“表空間號+數據頁號”作爲key去這個哈希表裏查一下，如果沒有就讀取數據頁，如果已經有了，就說明數據頁已經被緩存了。
我們看下圖，又引入了一個數據頁緩存哈希表的結構。
也就是說，每次你讀取一個數據頁到緩存之後，都會在這個哈希表中寫入一個key-value對，key就是表空間號+數據頁號，value就是緩存頁的地址，那麼下次如果你再使用這個數據頁，就可以從哈希表裏直接讀取出來他已經被放入一個緩存頁了。
