MySQL · 引擎特性 · InnoDB 檔案系統之檔案物理結構

標籤：壓縮   sum   ref   分配   load   des   第一個   常見   全域   

綜述

從上層的角度來看，InnoDB層的檔案，除了redo日誌外，基本上具有相當統一的結構，都是固定block大小，普遍使用的btree結構來管理資料。只是針對不同的block的應用情境會分配不同的頁類型。通常預設情況下，每個block的大小為 UNIV_PAGE_SIZE，在不做任何配置時值為16kb，你還可以選擇在安裝執行個體時指定一個塊的block大小。對於壓縮表，可以在建表時指定block size，但在記憶體中表現的解壓頁依舊為統一的頁大小。

從物理檔案的分類來看，有記錄檔、主系統資料表空間檔案ibdata、undo tablespace檔案、暫存資料表空間檔案、使用者資料表空間。

由於資料庫需要保證資料的完整性，因此在OS系統上封裝了自己的檔案系統。我們來看一張圖，這樣也能更好的理解innodb資料庫的檔案結構

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首先看一下頁（page)的結構

之前有說過，一個資料表空間檔案都是由一個一個16kb的頁組成，每個頁都有一個32位序號(page number)，通常稱為位移量，即離資料表空間初始位置的位移量．因為每個頁大小為16kb，所以第0個頁的位移量為0，第一個頁的位移量為16384等等．因為32位的最大值為2^32，所以一個資料表空間的最大值為2^32*16kb=64TB．

650) this.width=650;" title="FIL Header and Trailer" style="" alt="FIL Header and Trailer" src="http://s3.51cto.com/wyfs02/M01/9E/20/wKioL1mL91rxPUl_AACt9eOhboA325.png" "640" height="426" />

1. Checksum為校正和，和磁碟打交道的程式為了保證資料正確性，都必須使用校正和，目的是驗證因為磁碟空間損壞導致資料損毀；
2. offset(Page Number)為頁的序號，即位移量；
3. Previous Page和Next Page InnoDB的資料在記憶體緩衝區是由B+樹組織的，而B+樹中的每一層的頁是由雙向鏈表串起來，因為每個頁header有指向上一個和下一個頁的指標；這種結構可以提升全表掃描的效率；
4. LSN for last page modification LSN如果不懂，可以查看InnoDB儲存引擎這本書，簡單說就是用於表示重新整理到重做日誌資料量，可用於重做日誌恢複資料庫.
5. Page Type 即頁的類型，頁的類型決定了這個頁其他部分儲存的資料，常見的頁類型有資料業，undo頁，系統頁等等；
6. space id 即這個頁屬於的資料表空間
7. flush LSN 這個值儲存了重新整理到整個系統任何頁的最大LSN值．

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接下來我們來看一下資料表空間（Tablespace)的一些基礎知識

資料表空間是分段管理的，假如有一個表只有一個主鍵索引，那麼這個表就有兩個段，一個是內部節點段，即非葉子節點段，還有一個是葉子段，即儲存資料的節點．如果一個表除了主鍵索引，還有一個輔助索引，那麼這個這個資料表空間有四個段，主鍵內部節點段，主鍵葉子節點段，輔助索引內部節點段，輔助索引葉子節點段．InnoDB儲存引擎有有一張圖很好展示了段，區，頁的關係:

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當然共用資料表空間ibdata和使用者資料表空間是不一樣的，因為它需要儲存更多全域的一些資訊，例如doublewrite,undo等等，所以共用資料表空間擁有更多的段，這裡先分析使用者資料表空間．

每個資料表空間都有一個唯一space id，因為很多地方都需要使用到這個id，例如記憶體資料刷到磁碟時，需要使用這個space id來尋找資料表空間檔案．InnoDB總有一個"系統空間"，即共用資料表空間，這個表系統資料表空間的space id始終為0．

資料表空間結構

一個資料表空間檔案是由一系列的頁組成的，頁數量最多可達2^32個．為了更好管理頁，頁又按1MB(64個連續的頁)分為組，這個組稱為區，InnoDB一般情況下是按區來給段分配空間．

為了管理資料表空間所有頁，區以及資料表空間自己，Innodb必須使用一些資料結構來跟蹤儲存頁區等資訊，展示了一個資料表空間的:

650) this.width=650;" title="Space File Overview" style="" alt="Space File Overview" src="http://s3.51cto.com/wyfs02/M01/9E/20/wKioL1mMAU_xlaK0AADCFxYnRlY215.jpg" "313" height="480" />

每一個資料表空間的第一個頁為FSP_HDR(file space header)頁，這個頁儲存了FSP header結構，這個結構儲存了這個資料表空間的大小，以及完全沒有被使用的extents，fragment的使用方式，以及inode使用方式等等，接下來詳細介紹．

第1個頁只能儲存256個extents，也就是16384個頁，256MB．因此每隔16384個頁必須分配一個新的頁來儲存接下來的16384個頁的資訊，這個頁就是XDES頁，這個XDES頁和第１個頁除了FSP_HDR結構置0外(因為第一個page已經包含了base list,所以後面的XDES page 的FSP_HDR結構置0），其他都一樣．

第二個頁IBUF_BITMAP這個頁就是插入緩衝bitmap頁，用於記錄插入緩衝區的一些資訊．

第三個頁是inode頁，該頁用一個鏈表格儲存體資料表空間中所有段(file segments)；之前說段是由若干個extents組成，其實段除了extents之外，還有32個單獨分配的"片段"頁組成，因為有些段可能用不到一個區，所以這裡主要是為了節省空間的．

FSP_HDR PAGE

      資料檔案的第一個Page類型為FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR，在建立一個新的資料表空間時進行初始化(fsp_header_init)，該page同時用於跟蹤隨後的256個Extent(約256MB檔案大小)的空間管理，所以每隔256MB就要建立一個類似的資料頁，類型為FIL_PAGE_TYPE_XDES ，XDES Page除了檔案頭部外，其他都和FSP_HDR頁具有相同的資料結構，可以稱之為Extent描述頁，每個Extent佔用40個位元組，一個XDES Page最多描述256個Extent。

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