InnoDB的逻辑存储结构学习

InnoDB存储引擎在存储设计方面之前一直是迷迷糊糊，这几天在读《MySQL技术内幕 InnoDB存储引擎》，有点了解，特意记下消化一下^^

我们知道InnoDB是使用表空间结构来进行管理的。默认情况下InnoDB有一个共享表空间ibdata1，即所有的数据都存放在这个表空间内，但是我们可以设定innodb_file_per_table为ON使每一张表的数据可以单独放在一个表空间里

虽然我们启动了innodb_file_per_table参数选项，但是注意的是每张表的表空间存放的只是数据，索引和插入缓冲，其他的数据如撤销信息，系统事务信息等还是存放在原来的共享表空间里。

而在InnoDB存储引擎表中，每一张表都有一个主键，假如我们没有在创建表的时候显式定义主键，则InnoDB会按照如下方式选择或者创建主键：

1、首先表中是否有非空唯一索引，如果有，那么该列即为主键；

2、否则它会自动创建一个6个字节大小的指针。

大致了解InnoDB的表空间概念之后我们看一下他的逻辑存储结构，如下图：

清晰明了，它是由段(segment)，区(extent，有书也叫簇），页(page)，行（row）组成。

段：

段是用来管理物理文件，构成索引，表，回滚段的基本元素。常见的段有数据段，索引段，回滚段等。创建一个索引(B+树)会创建两个段，分别是内节点段和叶子段，内节点段用来管理或存储B+树中非叶子结点的数据，叶子段用来管理或存储B+树中叶子结点的数据。在随着索引数据量的增大时，所有的新存储空间申请都是从段这个概念开始的。

区：

区是构成段的基本元素，一个段由若干个区组成，区是由64个连续的页组成，每个页大小为16kb，所以每一个区大小为1MB，我们在新建一个innodb的表时候，即使没有插入任何数据，他的大小也是96KB，而区是64个连续的页，按道理应该是1MB才对的，之所以会这样，是在每个段开始时，先会有32个页大小的碎片页来存放数据，只有这些页使用完之后才是64个连续的页申请，同时我们知道，因为段之间是没有位置关系，而每一个段都是一个或者多个区组成，所以区之间也是没有物理位置关系。

页：

页是区的组成单位，常见的页类型有如下：

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)

插入缓冲空闲列表页(Insert Buffer Free List)

未压缩的二进制大对象页(Uncompressed Blob Page)

压缩的二进制大对象页(Compressed BLOB Page)

一个区默认是64个页面，这个数量通常称为区的大小，在逻辑上页面号从小到大连续的，并且在物理上也是连续的，再向表中插入数据时，如果一个页面被写完，系统就会从当前区分配一个新的空闲页使用，而当区中64个页面(默认)就会从所在的段中分配一个新的区供使用。

行：

InnoDB存储引擎是面向行的，也就是说数据的存放按行进行存放，每一个页存放的行记录也是有硬性规定的，而在MySQL中，为了帮助管理升级与降级以及运行不同版本的MySQL系统，使用了命名文件格式，目前支持的是Antelope和Barracuda两种。

Antelope支持compact和redundant两种行存储格式；Barracuda是最新的文件存储格式，它支持COMPRESSED和DYNAMIC行存储格式

在目前的版本(使用的是5.7)文件存储格式已经更改为Barracuda了，在这之前是Antelope。

而在新的行存储格式中对于过长的BLOB和VARCHAR等字段，则是将它们存储在单独分配的溢出页，在数据页中只存放20个字节的指针，同时将长度大于或者等于768字节的固定长度字段编码为可变长字段。

默认的行存储格式由innodb_default_row_format定义，默认值是DYNAMIC，我们可以在建表时候使用ROW_FORMAT指定行格式，如下图

Compact行记录格式：

变长字段长度列表

NULL标志位

记录头信息

列1数据

列2数据

……

如上可以知道Compact行格式，它的首部是一个非NULL变长字段长度列表，当列的长度小于255字节，用1字节表示，若大于255字节，用2个字节表示，变长字段长度最大不超过2个字节，这也解释了MySQL中varchar的最大长度为65535，因为2个字节为16位，2^16=65535；还需记住它是逆序存放值的。

第二个部分是NULL标志位，该位指示该行数据中是否有NULL值，用1表示；

第三部分记录头信息，固定占用5个字节：

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
heap_no	13	索引堆中该条记录的排序记录
record_type	3	该记录类型000=普通，001=B+树节点指针，010=Infimum 011=Supremum，1xx=保留
next_recorder	16	页中下一条记录相对位置

Redundant行记录格式：

它是MySQL5.0版本之前的InnoDB行记录存储方式，只是为了向前兼容，它的存储方式如下：

字段长度偏移列表

记录头信息

列1数据

列2数据

列3数据

……

首部是长度偏移列表，同样是逆序放置值，当列的长度小于255字节，用1字节表示；若大于255字节，用于2个字节表示。

第二个部分为记录头信息，但是不同于Compact行格式，它占用6个字节

Compressed与Dynamic行记录格式：

如前面所说，再对存放BLOB的数据时候完全采用行溢出方式，在数据页只存放20个字节的指针，实际数据都存放在BLOB page中，而在这之前的两个格式中会存放768前缀字节。

Compressed行记录格式的另一个功能就是，存储在其中的行数据会以zlib的算法进行压缩，因此对于BLOB、TEXT、VARCHAR这类大长度类型的数据能进行非常有效的存储。