MySQL-InnoDB数据存储结构

1、存储结构-页

索引结构提供了高效的索引方式，索引信息以及数据记录都保存在数据文件或索引文件中（本质存储在页结构中）

1.1、磁盘与内存交互的基本单位：页

• 在InnoDB中将数据划分为若干页，页的默认大小为：16KB。
• 不论读多少条数据，都是将这些数据所在的页进行加载。磁盘I/O操作最小单位是页。

1.2、页的结构

• 相关数据页可以不在物理结构上相连，通过双向链表相关联。
• 每个数据页中的数据记录会按照主键值的大小进行排序，组成一个单向链表
• 每个数据页都会为存储的数据记录生成一个目录页，通过主键值查找是可以在目录页通过二分法快速定位相关数据记录

1.3、页的大小

• 通过查找 innodb_page_size参数获取和设置

+------------------+-------+
| Variable_name    | Value |
+------------------+-------+
| innodb_page_size | 16384 |
+------------------+-------+
1 row in set (2.89 sec)

1.4、页的上层结构

• 区：是比页大一级的存储结构（默认1MB），在InnoDB存储结构中，一个区会分配64个连续的页。
• 段：由一个或多个区组成，区在文件系统是一个连续分配的空间，并不要求区和区之间是相邻的。段是数据库中的分配单位，不同类型的数据库对象以不同的段形式存在。创建表时会创建一个表段，创建索引时会创建一个索引段
• 表空间：是一个逻辑容器，存储的对象是段，在一个表空间中可以有一个或者多个段，一个段只能属于一个表空间。数据库由一个或多个表空间组成，表空间从管理上可以划分为：系统表空间，用户表空间，撤销表空间，临时表空间等

2、页的内部结构

名称	占用大小	说明
文件头	38字节	描述页的信息
页面头部	56字节	页的状态信息
最大（小）用户	26字节	为两个虚拟的行记录
用户记录	不确定	存储行记录内容
空闲空间	不确定	页中还没有被使用的空间
页目录	不确定	存储用户记录的相对位置
文件尾	8字节	校验页是否完整

2.1、文件头（File Header）

• 文件头存储了一些全局性的信息，如文件版本、页大小、文件ID等。
• 文件头的大小通常是固定的，对于InnoDB的页，文件头大小是固定的38字节。
• 文件头位于每个数据文件的开头，用于标识文件的类型和属性。
• 主要划分为以下结构：

  • FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM（页的校验和）：4字节，用于对页的内容进行校验，以确保数据完整性和防止损坏。

  • FIL_PAGE_OFFSET（页号）：4字节，每个页都有一个唯一的页号，InnoDB通过页号可以定位到具体的页。

  • FIL_PAGE_PREV（上一个页的页号）：4字节，指示上一个页的页号，保证了页之间的逻辑连续性。

  • FIL_PAGE_NEXT（下一个页的页号）：4字节，指示下一个页的页号，同样保证了页之间的逻辑连续性。

  • FIL_PAGE_LSN（页面最后被修改的日志序列位置）：8字节，记录了页面最后一次被修改时的日志序列位置（LSN）。

  • FIL_PAGE_TYPE（该页的类型）：2字节，指示该页的类型，可能包括数据页、索引页等。

  • FIL_PAGE_FILE_FLUSH_LSN（独立表空间中都是0）：8字节，用于记录独立表空间中的文件刷新LSN，对于非独立表空间该字段可能有其他用途。

  • FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID（页属于哪个表空间）：4字节，用于指示页属于哪个表空间。

2.2、用户记录（User Records）

• 实际存储在页中的数据和索引条目。
• 这些记录按照B+树的结构组织在页中，叶子节点存储数据记录，非叶子节点存储索引记录。
• 记录可以是固定长度或变长，根据存储的数据类型和大小而定。
• 主要划分为以下结构：
  • delete_mask： 1字节， 标记该记录是否被删除，
    • 0 表示记录没有删除，
    • 1 表示记录被删除了
  • min_rec_mask ：1字节， B+数的每非叶子节点中的最小纪录数都会添加该标记
    • 只有最小纪录数的min_rec_mask 值为1
    • 其他别的记录min_rec_mask 值为0
  • n_owned： 4字节，如果当前记录是组内最大记录，则代表槽内的记录数
  • heap_no ：13字节 当前记录在本页中的位置信息
    • 最小记录的heap_no值：0
    • 最大记录的heap_no值：1
  • record_type： 3字节， 表示当前记录的类型
    • 0表示普通记录
    • 1表示B+树非叶子节点记录
    • 2表示最小记录
    • 3表示最大记录
  • next_record 16字节 表示从当前记录的真实数据到下一条记录的真实数据的地址偏移量。

2.3、最大（小）记录

• 由5字节大小的记录投信息和8个字节大小的一个固定的部分组成
• 本页中主键值最小的用户记录的下一条记录就是Infimum记录（也就是最小记录）
• 本页中主键值最大的用户记录的下一条记录就是Supremum记录a（也就是最大记录）。

2.4、空闲空间（Free Space）

• 空闲空间是页中未被使用的部分，用于存储新的数据和索引。
• 当页中的自由空间不足时，InnoDB会进行页分裂操作，将页分成两个更小的页，以便腾出更多的空间。

2.5、页目录（Page Directory）

• 页目录记录了页中数据和索引的偏移量及长度信息，以便InnoDB能够快速地定位和访问这些数据和索引。
• 页目录是由多个槽（Slot）组成的数组，每个槽存储一个记录的偏移量和长度信息。
• 页目录通常位于页头之后，占据了页的一部分空间
• 所以在一个页中根据主键查找记录是很快的，步骤为两步：
  • 二分法确定该记录所在的槽，并找到该槽所在分组中主键值最小的那条记录。
  • 通过记录的 next_record 属性遍历该槽所在的组中的各个记录

2.6、页面头部（Page Header）

• 记录数量（Number of Records）：记录了本页中已经存储的记录数量。
• 第一条记录的地址（Address of First Record）：记录了本页中第一条记录的地址或偏移量，以便快速定位到第一条记录。
• 页目录中槽的数量（Number of Slots in Page Directory）：记录了页目录中存储的槽的数量，即页目录中有多少个条目。
• 页目录起始地址（Address of Page Directory）：记录了页目录的起始地址或偏移量，以便快速定位到页目录。
• 其他状态信息（Other Status Information）：可能还包括其他与页相关的状态信息，如空闲空间大小、最大记录偏移量等。
• 通常包含以下信息：

名称	占用空间大小	描述
PAGE_N_DIR_SLOTS	2字节	页目录中的槽数量
PAGE_HEAP_TOP	2字节	还未使用的空间最小地址，该地址之后就是 Free Space
PAGE_N_HEAP	2字节	本页中的记录的数量（包括最大最小和标记为删除的记录）
PAGE_FREE	2字节	指向可重用空间的地址
PAGE_GARBAGE	2字节	已删除记录占用的字节数
PAGE_LAST_INSERT	2字节	最后插入记录的位置
PAGE_DIRECTION	2字节	最后插入的方向
PAGE_N_DIRECTION	2字节	一个方向连续插入的记录数量
PAGE_N_RECS	2字节	该页中记录的数量（不包括最大最小和标记为删除的记录）
PAGE_MAX_TRX_ID	2字节	修改当前页的最大事务ID，该值仅在二级索引中定义
PAGE_LEVEL	2字节	当前页在索引树（B+树）中的层级
PAGE_INDEX_ID	8字节	索引ID，表示当前页属于哪个索引
PAGE_BTR_SEG_LEAF	10字节	B+树叶子段的头部信息，仅在B+树的Root页定义
PAGE_BTR_SEG_TOP	10字节	B+树叶子段的头部信息，仅在B+树的Root页定义

2.7 文件尾（File Trailer）

• 文件尾是文件的结束部分，通常用于存储一些结束标识或校验信息。
• 文件尾的大小通常是固定的，对于InnoDB的数据文件，文件尾大小是8字节。
• 通常划分为以下结构：
  • 前4个字节代表页的校验和，这个部分和 File Header 中的校验和相对应
  • 后4个字节代表页面被最后修改时对应的日志序列位置（LSN），这个部分也是为了校验页的完整性的，如果首部和尾部的LSN值校验不成功的话，就说明同步传输过程出现了问题。

3、行格式（记录格式）

3.1 查询InnoDB引擎的默认行格式

• 语法如下：

mysql> show variables like 'innodb_default_row_format';
+---------------------------+---------+
| Variable_name             | Value   |
+---------------------------+---------+
| innodb_default_row_format | dynamic |
+---------------------------+---------+
1 row in set (0.13 sec)

• 查看已创建表的行格式：

mysql> show table status like 'rqtanc_test'\G
*************************** 1. row ***************************Name: rqtanc_testEngine: InnoDBVersion: 10Row_format: DynamicRows: 0Avg_row_length: 0Data_length: 16384
Max_data_length: 0Index_length: 0Data_free: 0Auto_increment: NULLCreate_time: 2024-04-22 06:24:10Update_time: NULLCheck_time: NULLCollation: utf8mb4_0900_ai_ciChecksum: NULLCreate_options: Comment: 
1 row in set (0.00 sec)

3.2、指定行格式

• 创建表时指定行格式：

mysql> create table rqtanc_one(id int not null,col int null) row_format=compact;

• 修改表时指定行格式：

mysql> alter table rqtanc_one row_format = dynamic;
Query OK, 0 rows affected (0.82 sec)

3.3、分类及相关相关详情描述

参考官方文档

4、表空间

参考 MySQL-数据目录