MySQL 技术内幕：InnoDB存储引擎——读书笔记（四）

hfutwhy

InnoDB表结构
    未明确指定主键时：首先判断是否有非空的唯一索引(UNIQUE NOT NULL)，若有则将其默认为主键，否则创建一个6字节的ROWID。

4.1 逻辑存储结构：tablespace->segment->extent->page

• 表空间是只增不减的，即使ROLLBACK后也并不收缩，而是标记为可用空间，供下次undo使用。
• 数据段即B+树的页节点(leaf node segment)，索引段即为B+树的非索引节点(non-leaf node segment)。
• InnoDB存储引擎对于段的管理是由引擎本身完成的。表空间是由分散的页和段组成。
• 区由64个连续的页组成，每个页大小16KB，即每个区1MB。创建新表时，先有32页大小的碎片页(fragment page)存放数据，使用完后才是区(64个连续页)的申请。(InnoDB最多每次申请4个区，保证数据的顺序性能)
• 页类 型有：数据页(B-tree Node)、UNDO页(Undo Log Page)、系统页(System Page)、事务数据页(Transaction System Page)、插入缓冲位图页(Insert Buffer Bitmap)及插入缓冲空闲列表页(Insert Buffer Free List)等。

4.2 InnoDB行记录格式
1.Compact行格式

变长字段长度列表(1个或2个字节)

NULL标志位

记录头信息(5个字节)

列1数据

列2数据

……

    注：1.书中指明变长字段长度列表最多占2个字节是MySQL中varchar最大长度不超过65535的原因，指的是varchar列总长度应不超过65535，且需要考虑字符集因素(后文也提到了)。

    2.NULL标志位的长度(n_nullable+7)/8 bytes。(书中似乎排版有些问题)

表1 Compact行记录头信息

名称	大小(bit)	描述
()	1	未知
()	1	未知
Deleted_flag	1	该行是否已被删除
Min_rec_flag	1	为1，如果该记录是预先被定义为最小的记录
N_owned	4	该记录拥有的记录数(the number of records owned by this record，没能搞明白到底指的啥意思)
Heap_no	13	索引堆中该条记录的排序记录
Record_type	3	记录类型000=普通  001=B+树节点指针  010=infimum  011=supremum  1xx=保留
Next_recorder	16	页中下一条记录的相对位置

 

2.Redundant行格式

字段长度偏移列表(1个或2个字节)

记录头信息(6个字节)

列1数据

列2数据

……

                 表2 Redundant行记录头信息

名称	大小(bit)	描述
()	1	未知
()	1	未知
Deleted_flag	1	该行是否已被删除
Min_rec_flag	1	为1，如果该记录是预先被定义为最小的记录
N_owned	4	该记录拥有的记录数(the number of records owned by this record)
Heap_no	13	索引堆中该条记录的排序记录
N_fields	10	记录中列的数量(决定了表的列数最多为1023)
1byte_offs_flag	1	偏移列表为1个字节还是2个字节
Next_recorder	16	页中下一条记录的相对位置

     不管Compact或者Redundant，对于varchar中的NULL在列记录中只占NULL标志位，而不占实际存储空间；但是对于char中的NULL，两者的处理则是不同的：Compact格式下，char中NULL同样不占存储空间，而Redundant下则是占存储空间的。

    同时，行记录中还包括两个隐藏列：事务ID列(6字节)和回滚指针列(7字节)；若没有定义的Primary Key时，还会增加一个6字节的RowID列。

    InnoDB在页内部是通过一种链表方式串联各个行记录的。

    InnoDB可以将一条记录中的某些数据存储在真正的数据页面之外，即作为行溢出数据，并将行溢出内容放入Uncompress BLOB Page。此做法保证了每页上至少有两行记录（否则失去了B+树的意义，变成链表了）

3.Compressed与Dynamic行记录格式

    InnoDB Plugin引入了新的文件格式Barracuda，对于存放BLOB的数据采用了完全的行溢出方式，在数据页只存储20个字节的指针，实际数据均存放在BLOB Page中。而之前的Compact和Redundant会存放768个前缀字段在数据页。Barracuda中两种行记录格式：Compressed和Dynamic。

    InnoDB通过Named File Formats机制来解决不同版本页结构兼容性的问题。不同页格式之间的关系如下：

    在多字节字符集的情况下，CHAR和VARCHAR的行存储(所需存储空间)基本是没有区别的，均是不定长。

 

4.3 InnoDB数据页(B-tree node)结构

    InnoDB数据页由七部分组成：

• File Header：文件头( 38 bytes )
• Page Header：页头( 56 bytes )
• Infimum + Supremum Records：页中上/下界记录
• Users Records：用户记录，即行记录
• Free Space：空闲空间
• Page Directory：也目录
• File Trailer：文件结尾信息

                 表3 File Header(共38 bytes)

名称	大小(byte)	存储信息
FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM	4	页的CHECKSUM值
FIL_PAGE_OFFSET	4	表空间中页的偏移量
FIL_PAGE_PREV	4	上一页/下一页(B+ Tree决定了叶子节点为双向列表)
FIL_PAGE_NEXT	4
FIL_PAGE_LSN	8	该页最后被修改的日志序列位置LSN
FIL_PAGE_TYPE	2	页类型
FIL_PAGE_FILE_FLUSH_LSN	8	"the file has been flushed to disk at least up to this lsn" (log serial number)，仅在文件第一页有效
FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID	4	属于哪个表空间

 

                 表4 Page Header(共56 bytes)

名称	大小(byte)	存储信息
PAGE_N_DIR_SLOTS	2	页目录中slot(槽)数
PAGE_HEAP_TOP	2	堆中第一个记录的指针
PAGE_N_HEAP	2	堆中的记录数，最高bit位指明了行格式，0-Redundant，1-compact
PAGE_FREE	2	指向空闲列表的指针
PAGE_GARBAGE	2	已删除记录(delete flag为1)的字节数
PAGE_LAST_INSERT	2	指向最后插入记录的指针
PAGE_DIRECTION	2	最后插入方向。(会影响InnoDB效能)
PAGE_N_DIRECTION	2	一个方向上连续插入记录的数目
PAGE_N_RECS	2	该页中记录的数目
PAGE_MAX_TRX_ID	8	修改当前页的最大事务ID(仅在Secondary Index)
PAGE_LEVEL	2	当前页在索引树中的位置(0x00代表叶节点)
PAGE_INDEX_ID	8	当前页属于哪个索引ID
PAGE_BTR_SEG_LEAF	10	B+树叶节点中文件段的首指针位置
PAGE_BTR_SEG_TOP	10	B+树非叶节点中文件段的首指针位置

Page Directory：存放记录的相对位置

    InnoDB是一个稀疏目录（sparse directory），即一个槽（slot）可能属于多个记录，最少属于4条记录，最多属于8条记录。

    Slot中记录按键顺序存放，以便可利用二叉查找迅速招到记录的指针。二叉查找的结果也只是一个粗略的结果，InnoDB必须通过recorder header中的next_record来继续查找相关记录。同时slot也解释了recorder header中n_owned值的含义，即还有多少记录需要查找，因为这些记录并不包括在slots中。

    B+数索引本身并不能找到具体的一条记录，只能找到该记录所在的页。数据库把页载入内存，然后通过Page Directory再进行二叉查找。

File Trailer只有一个FIL_PAGE_END_LSN部分，8个字节。前4个字节代表该页的checksum值，最后4个字节和File Header中的FIL_PAGE_LSN相同，以此保证页的完整性。

【http://forge.mysql.com/wiki/MySQL_Internals_InnoDB里面有一些额外的介绍】

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