一、InnoDB逻辑存储结构

表空间(ibd文件),一个mysql实例可以对应多个表空间,用于存储记录、索引等数据。
在linux系统中,安装的默认数据库数据文件在 /var/lib目录下

段,分为数据段(Leaf node segment)、索引段(Non-leaf node segment)、回滚段(Rollback segment),InnoDB是索引组织表、数据段就是B+树的叶子节点,索引段即为B+树的非叶子节点。段是用来管理多个Extent(区)。
区,表空间的单元结构,每个区的大小为1M。默认情况下,InnoDB存储引擎页的大小为16K,即一个区中一共有64个连续的页。
页,是InnoDB存储引擎磁盘管理的最小单元,每个页的大小默认为16KB。为了保证页的连续性,InnoDB存储引擎每次从磁盘申请4-5个区。
行 ,InnoDB存储引擎数据是按照行进行存放的。(Trx_id:每次对某条记录进行改动时,都会把对应的事务id赋值给trx_id隐藏列。 Roll_pointer:每次对某条索引记录进行改动时,都会把旧的版本写入到undo日志中,然后这个隐藏列就相当于一个指针,可以通过它来找到该记录修改前的信息)
二、InnoDB内存结构
MySQL5.5版本开始,默认使用InnoDB存储引擎,它擅长事务处理,具有崩溃恢复特性,在日常开发中使用非常广泛。下面是InnoDB架构图,左侧为内存结构,右侧为磁盘结构。

1、内存结构

Buffer Pool:缓冲池是主内存中的一个区域,里面可以缓存磁盘上经常操作的真实数据,在执行增删改查操作时,先操作缓冲池中的数据(若缓冲池没有数据,则从磁盘加载并缓存),然后再以一定频率刷新到磁盘,从而减少磁盘IO,加快处理速度。
缓冲池是以Page页为单位,底层采用链表数据结构管理Page。根据状态,将Page分为三种类型:
- free page:空闲page,未被使用。
- clean page:被使用page,数据没有被修改过。
- dirty page:脏页,被使用page,数据被修改过,页中数据与磁盘的数据产生了不一致。
Change Buffer(Insert Buffer 加强版):更改缓冲区(针对于非唯一二级索引页),在执行DML语句时,如果这些数据Page没有在Buffer Pool 中,不会直接操作磁盘,而会将数据变更在更改缓冲区Change Buffer中,在未来数据被读取时,再将数据合并恢复到Buffer Pool中,再将合并后的数据刷新到磁盘中。
Change Buffer的意义是什么?

与聚簇索引不同,二级索引通常是非唯一的,并且以相对随机的顺序插入二级索引。同样,删除和更新可能影响索引树中不相邻的二级索引页,如果每一次都操作磁盘,会造成大量的磁盘IO。有了ChangeBuffer之后,我们可以再缓冲池中进行合并处理,减少磁盘IO。
Adaptive Hash Index: 自适应hash索引,用于优化对Buffer Pool数据的查询。InnoDB存储引擎会监控对表上各索引页的查询,如果观察到hash索引可以提升速度,则建立hash索引,称之为自适应hash索引。
自适应哈希索引,无需人工干预,是系统根据自身情况自动完成。
参数:adaptive_hash_index(在mysql命令界面:show variables like '' 模糊查询对应参数的val)
Log Buffer:日志缓冲区,用来保存要写入到磁盘中的log日志数据(redo log、undo log),默认大小为16MB,日志缓冲区的日志会定期刷新到磁盘中。如果需要更新、插入或删除许多行的事务,增加日志缓存区的大小可以节省磁盘IO。
参数:
Innodb_log_buffer_size:缓冲区大小
Innodb_flush_log_at_trx_commit:日志刷新到磁盘时机(1:日志每次事务提交时写入并刷新到磁盘 0:每秒将日志写入并刷新到磁盘一次 2:日志每次事务提交后写入,并每秒刷新到磁盘一次)
2、磁盘结构

System Tablespace:系统表空间是更改缓冲区的存储区域。如果表是在系统表空间而不是每个表文件或通用表空间中创建的,它也可能包含表和索引数据。(在MySQL5.x版本中还包含InnoDB数据字典、undolog等)
参数:Innodb_data_file_path
File-Per-Table Tablespaces:每个表的文件表空间包含单个InnoDB表的数据和索引,并存储在文件系统上的单个数据文件中。
参数:Innodb_file_per_table
General Tablespaces:通用表空间,需要通过CREATE TABLESPACE语法创建通用表空间,在创建表时,可以指定该表空间。
sql
CREATE TABLESPACE XXX ADD DATAFILE 'file_name' ENGINE = engine_name
CREATE TABLE 'xxx...' TABLESPACE ts_name
Undo Tablespace:撤销表空间,MySQL实例在初始化时会自动创建两个默认的undo表空间(初始大小16M),用于存储undo log日志。
Temporary Tablespaces:InnoDB使用会话临时表空间和全局临时表空间,存储用户创建的临时表等数据。
Doublewrite Buffer Files:双写缓冲区,InnoDB引擎将数据页从Buffer Pool刷新到磁盘前,先将数据页写入双写缓冲区文件中,便于系统异常时恢复数据。

Redo Log:重做日志,用来实现事务的持久性。该日志文件由两部分组成:重做日志缓冲(redo log buffer)以及重做日志文件(redo log),前者是在内存中,后者在磁盘中。当事务提交之后