MySQL---体系结构与存储引擎

本文详细解析MySQL的体系结构,包括连接层、SQL层、权限判断、查询缓存、存储引擎层等内容。对比InnoDB与MyISAM存储引擎,重点介绍了InnoDB的体系结构、存储结构、内存结构、刷新线程以及插入缓冲、两次写、自适应哈希三大特性。

体系结构

如果把mysql比喻成一条龙的话,那么体系结构就是龙头部分,mysql的体系结构分为两层,mysql server层与存储引擎层,在mysql层中又分为连接层和sql层。
应用程序通过接口(ODBC,JDBC)来连接mysql,最先连接处理的是连接层,连接层包括通信协议,现场处理,用户名密码确认三个部分,通信协议负责检测客户端版本是否兼容mysql服务器,线程处理是每一个连接请求都会分配一个对应的线程,一个线程对应一个逻辑CPU,用户名密码认证验证创建的账号和密码,以及host主机授权是否可以连接。
SQL层包括权限判断,查询缓存,解析器等,权限判断可以审核用户有没有访问某个库,某个表或者某行的权限。查询缓存通过query cache进行操作,如果数据在query cache中,直接返回给用户。

存储引擎

mysql数据库及其分支版本主要的存储引擎有 InnoDB,MyISAM,TokuDB,MariaDB等,其中我们主流应用的是innodb与myisam两种存储引擎。现在数据库默认的引擎是innodb,我们下面看一看两者的区别。

区别InnoDBMyISAM
事务的支持支持不支持
锁粒度行锁表锁
并发性高并发低并发
构成结构与缓存机制数据索引都在.Idb文件,都缓存在内存数据文件拓展名为.MYD索引拓展名为.MYI只缓存索引不缓存数据文件

通过上表可以看出InnoDB的优势很明显,所以我们具体了解InnoDB就好

InnoDB体系结构

我们通过内存结果,线程以及磁盘文件三层来介绍InnoDB。

存储结构

首先先看内存存储结构,InnoDB存储单元分为表空间,段,区和页。
表空间
InnoDB存储引擎中所有的数据都是存储在表空间中的,表空间分为系统表空间与独立表空间,系统表空间用idbatal来命名,他会存储所有数据的信息与回滚段的信息除了系统表空间外,目前的mysql是默认使用独立表空间的,每个表都有自己的独立表空间,而不是存储在系统表空间中,独立表空间存储对应表的B+树数据,索引与插入缓冲等信息。
独立表空间与系统表空间的区别在于独立表空间每一个表都有自己的表空间,并且可以实现表空间的转移,回收表空间也方便。共享表空间的数据与文件放在一起方便管理。

表空间使用段组成的,也可以把一个表理解为一个段,通常有数据段,回滚段,索引段等。每个段由N个区与32个零散的页组成段空间拓展以区为单位进行拓展。

区是由连续的页组成的,是物理上连续分配的一段空间,每个区固定大小是1MB.

InnoDB最小的物理存储分配单位是页,有数据回滚页等,一般情况下,一个区由64个页组成,页默认大小16kb。

内存结构

MySQL内存的组成分为SGA(系统全局区)与PGA(程序缓存区)。首先先来看系统全局区的内存分配:

  1. innnodb_buffer_pool:缓存InnoDB表的数据,索引,插入缓冲等
  2. innodb_log_buffer:事务在内存中的缓冲,也就是redo log buffer的大小
  3. Query Cache:高速查询缓存,在生产中建议关闭
  4. key_buffer_size:用于缓存MyISAM引擎表

再来介绍程序缓存区的包含区域:

  1. sort_buffer_size:用于SQL语句的临时排序
  2. join_buffer_size:表连接使用
  3. read_buffer_size:表顺序扫描缓存
  4. read_rnd_buffer_size:随机读缓冲区大小

Buffer状态以及链表结构

页是InnoDB最小的单位,对应到内存中就是一个个的buffer,每个buffer分为三种状态:

  • free buffer:这种buffer是表示从未被使用,在实际生产中这种基本见不到。
  • clean buffer:内存与磁盘数据一致
  • dirty buffer:内存中数据还没有来得及写入磁盘,数据不一致

buffer在内存中是需要被组织起来管理的,InnoDB是双向链表结构,三种不同的buffer衍生除了三条链表。

刷新线程

Innodb属于单进程多线程的莫i选哪个,后台有多种线程用来处理不同的任务。
主线程优先级最高,其中维护了两个主要的循环,每一秒都要将日志缓冲刷新到磁盘,刷新脏页到磁盘,执行合并插入缓冲的操作等,每十秒都要删除无用的undo页等。
在主线程后是四个主要的IO线程,分别是 read thread,write thread,redo log thread,change buffer thread。redo log thread线程负责将日志缓冲写入到日志文件中,change buffer thread负责刷新磁盘,剩下两个是读写线程。

InnoDB三点特性

插入缓冲,两次写,自适应哈希构成了InnoDB的三大特性。
插入缓冲
影响数据库的最主要的性能问题就是IO,而插入缓冲可以将随机IO变为顺序IO提高效率。,先判断插入的普通索引页是否在缓冲池中,如果在就直接插入,如果不在就先放到change buffer中,然后将两个索引合并即可。
两次写
两次写是保证写入的安全性,防止MySQL实例发生的时候宕机,InnoDB发生数据页部分写的问题。
自适应哈希
InnoDB存储引擎有一个机制,可以监控索引的搜索,如果InnoDB注意到查询可以通过建立哈希索引得到优化,那么就会自动完成这件事情。

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