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

在这里插入图片描述

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_test
         Engine: InnoDB
        Version: 10
     Row_format: Dynamic
           Rows: 0
 Avg_row_length: 0
    Data_length: 16384
Max_data_length: 0
   Index_length: 0
      Data_free: 0
 Auto_increment: NULL
    Create_time: 2024-04-22 06:24:10
    Update_time: NULL
     Check_time: NULL
      Collation: utf8mb4_0900_ai_ci
       Checksum: NULL
 Create_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

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

1.2、页的结构

1.3、页的大小

1.4、页的上层结构

2、页的内部结构

2.1、文件头（File Header）

2.2、用户记录（User Records）

2.3、最大（小）记录

2.4、空闲空间（Free Space）

2.5、页目录（Page Directory）

2.6、页面头部（Page Header）

2.7 文件尾（File Trailer）

3、行格式（记录格式）

3.1 查询InnoDB引擎的默认行格式

3.2、指定行格式

3.3、分类及相关相关详情描述

4、表空间

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