6.1 innoDb逻辑存储结构和架构-简介

InnoDB 是 MySQL 默认的存储引擎，以其强大的事务支持、崩溃恢复能力和高效的数据处理能力广受欢迎。本文从逻辑存储结构、内存架构、磁盘结构到后台线程，逐步剖析 InnoDB 的关键概念，帮助您更好地理解和应用。

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1. 逻辑存储结构

InnoDB 的数据存储采用多层次的逻辑结构，具有极高的组织性和扩展性。

• 表空间（Tablespace）：InnoDB 数据存储的最高层次，负责组织数据文件。
• 段（Segment）：表空间的子单位，分为数据段（存储表数据）、索引段（存储索引）和回滚段。
• 区（Extent）：每个段由多个区组成，每个区包含 64 个连续的页（Page）。
• 页（Page）：InnoDB 数据存储的基本单位，默认大小为 16KB。
• 行（Row）：页中实际存储的记录数据。

1.1 特点：

• 分层结构使得数据管理更高效。
• 页大小支持调整（4KB、8KB、16KB），以适应不同场景的需求。

1.2 逻辑存储结构图

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2. 内存架构

内存架构是 InnoDB 高性能的核心部分。以下是主要组成部分及其作用：

2.1 缓冲池（Buffer Pool）

• 简介：缓冲池是用于缓存表数据和索引的区域，占用 InnoDB 的大部分内存。
• 作用：
  1. 减少磁盘 I/O：将数据和索引页缓存在内存中，减少磁盘读写。
  2. 脏页管理：修改后的页（脏页）被延迟写回磁盘，提高性能。

优化建议：

• 合理设置缓冲池大小（innodb_buffer_pool_size）。

• 查看缓冲池命中率：

  SHOW ENGINE INNODB STATUS;
  

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2.2 更改缓冲区（Change Buffer）

• 简介：缓存对非唯一二级索引的修改操作，减少随机写磁盘的次数。
• 作用：
  • 延迟写入：对二级索引的插入、更新和删除操作先缓存在更改缓冲区，后续批量写入磁盘。
  • 提升性能：在写密集型场景下效果显著。

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2.3 自适应哈希索引（Adaptive Hash Index）

• 简介：基于热点数据动态生成的哈希索引，用于加速等值查询。
• 作用：
  1. 提高 B+ 树索引的查询效率。
  2. 减少多层索引节点的遍历。

查询是否开启：

SHOW VARIABLES LIKE '%hash_index%';

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2.4 日志缓存区

• 简介：存储事务日志的内存区域。
• 作用：
  1. 加速事务日志写入。
  2. 支持崩溃恢复。

查看相关参数：

SHOW VARIABLES LIKE '%log_buffer_size%';
SHOW VARIABLES LIKE '%flush_log%';

innodb_flush_log_at_trx_commit 值的含义：

• 1：每次事务提交时立即写入磁盘，保证数据安全。
• 0：日志保存在内存中，性能高但数据不安全。
• 2：日志写入 OS 缓存，周期性刷盘，性能与安全性折中。

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3. 磁盘结构

InnoDB 数据持久化依赖于磁盘结构，其设计确保了高效存储和事务一致性。

3.1 系统表空间

• 简介：存储共享元数据、Undo 数据、事务日志等。
• 作用：管理数据库的核心元数据。

查询指令：

SHOW VARIABLES LIKE '%innodb_data_file_path%';

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3.2 独立表空间（File-Per-Table Tablespaces）

• 特点：每个表单独存储在一个 .ibd 文件中。
• 优点：
  • 更灵活的备份和迁移。
  • 减少单个表空间的碎片。

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3.3 通用表空间

• 特点：支持多个表共享一个表空间。

• 指令：

  • 创建表空间：

    CREATE TABLESPACE ts1 ADD DATAFILE 'ts1.ibd' ENGINE=InnoDB;
    

  • 表指定表空间：

    CREATE TABLE employees (...) TABLESPACE ts1;
    

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3.4 Undo 表空间

• 作用：存储回滚信息。
• 特点：在事务回滚和多版本并发控制（MVCC）中发挥重要作用。

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3.5 临时表空间

• 简介：存储临时表的数据，仅在会话期间有效。

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3.6 双写缓冲区

• 作用：防止写操作中断导致数据损坏。
• 机制：
  • 数据页先写入双写缓冲区。
  • 双写缓冲区再将数据写入表空间。

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3.7 Redo Log 重做日志

• 作用：记录事务的物理变化，用于崩溃恢复。
• 组成：
  • Redo Log Buffer：内存中的日志缓冲。
  • Redo Log File：磁盘上的日志文件。

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4. 后台线程

InnoDB 依靠多个后台线程管理内存、磁盘和事务。

4.1 Master Thread

• 作用：调度和执行主要后台任务，如脏页刷新和更改缓冲区合并。

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4.2 IO Thread

• 作用：处理磁盘 I/O 请求。
• 分类：

类型	作用	默认线程数量
Read Thread	处理读请求（从缓冲池读取页）	默认 4（可配置）
Write Thread	处理写请求（刷新脏页到磁盘）	默认 4（可配置）
Insert Buffer Thread	合并插入缓冲区的更改	1
Log Thread	刷新事务日志到磁盘	1

注：

1. Read Thread 和 Write Thread：
   • 数量：默认均为 4，负责处理 I/O 操作，适用于大规模的并发读写。
   • 可配置参数 ：
     • innodb_read_io_threads：配置读线程数量。
     • innodb_write_io_threads：配置写线程数量。
   • 作用：这些线程负责从磁盘读取数据页（读线程）或将脏页写入磁盘（写线程）。
2. Insert Buffer Thread：
   • 数量：固定为 1，无法通过配置改变。
   • 作用：在插入数据时，合并更改到二级索引的缓冲区。
3. Log Thread：
   • 数量：固定为 1。
   • 作用：负责将事务日志从缓冲区刷新到磁盘文件（如 redo log 文件）。
   • 优化机制：
     • 使用了组提交（group commit），提高日志刷新效率。

查看引擎状态：

SHOW ENGINE INNODB STATUS;

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4.3 Purge Thread

• 作用：清理不再需要的 Undo 数据，减少表空间占用。

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4.4 Page Cleaner Thread

• 作用：刷新脏页到磁盘，减少事务提交时的延迟。

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通过对 InnoDB 存储引擎的深入了解，可以更有效地优化 MySQL 数据库性能，提高系统的稳定性和可靠性。