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寫在前面的話InnoDB的儲存結構Tablespace常見的表空間SegmentExtentPage什麼是off-pageInnoDB的檔案儲存格式寫在前面的話你有沒有想過這樣一個問題：我們的資料在MySQL中是如何存放的？它是以什麼樣的組織方式存放在我們磁碟中的？
我們知道，資料是存放在表裡面的，在表裡面是一行一行存在的。那麼這一行一行的資料怎麼樣在磁碟中存放的呢？表又是如何在磁碟上存放的？讀完下面的文章，你就會對這個問題整體的認識。
InnoDB的儲存結構資料是放在表空間tablesapce中的，而表空間是段segment組成的，段又是由區extent組成的，區又是由頁page組成的。page裡面放的就是一行一行的資料。這樣就組成了MySQL中innodb的儲存結構。如下圖所示：
Tablespacetablespace就是我們平時所說的表空間。它是一個物理概念，對應到磁碟上，就是一個個資料檔案。例如在我的MySQL的安裝目錄下面有一個名稱為feng的資料庫，該資料庫下的表空間如下所示：
root@test:/var/lib/mysql/feng# pwd/var/lib/mysql/feng --------------------->這是我的資料庫目錄，資料名稱為：fengroot@test:/var/lib/mysql/feng# ls -lstrtotal 1464 4 -rw-r----- 1 mysql mysql 67 Dec 6 14:24 db.opt 12 -rw-r----- 1 mysql mysql 8674 Dec 24 10:51 t_innodb.frm # 表結構定義檔案 96 -rw-r----- 1 mysql mysql 98304 Dec 24 10:54 t_innodb.ibd # 表空間檔案，裡面存放資料和索引 12 -rw-r----- 1 mysql mysql 8674 Dec 24 10:51 t_myisam.frm # 表結構定義檔案 4 -rw-r----- 1 mysql mysql 2048 Dec 24 10:54 t_myisam.MYI # 表索引檔案 4 -rw-r----- 1 mysql mysql 168 Dec 24 10:54 t_myisam.MYD # 表空間檔案，裡面存資料root@test:/var/lib/mysql/feng#從上面我們可以看出innodb儲存引擎的表空間和myisam儲存引擎的表空間，有一點不一樣：innodb儲存引擎的表空間對應的資料檔案和索引是放在一個檔案中的，而myisam儲存引擎的表對應的資料檔案和索引檔案是兩個分開的資料檔案，這也是innodb表又稱為IOT，索引組織表的一個原因，它的資料和索引是存放在一個數據檔案中的。
這裡對應的一個個資料檔案.ibd和.MYD結尾的檔案就是一個個表空間。我們可以看出這裡面是一個表對應一個表空間。不同的表他們的表空間是分開的。並不像Oracle那樣多個表共享一個表空間資料檔案。其實在MySQL中也有和Oracle類似的儲存方式，多個表共享一個表空間檔案。這個是通引數innodb_file_per_table來控制的。
如下是檢視MySQL中當前表空間檔案是否獨立的方式，這個引數是從MySQL5.6之後的版本才支援的，在5.6之前的版本中，是不支援獨立表空間設定的，和Oracle一樣多個表共享一個表空間資料檔案。
mysql> show variables like 'innodb_file_per_table'; /* 當該引數為ON時，表示每一個表單獨一個表空間檔案；如果為OFF，表示多個表共享一個表空間檔案。 */+-----------------------+-------+| Variable_name | Value |+-----------------------+-------+| innodb_file_per_table | ON |+-----------------------+-------+1 row in set (0.07 sec)mysql>我們經常遇到的表空間可以參考MySQLInnodb儲存引擎的儲存架構圖：
innodb-architecture.png
從圖中我們可以看到我們經常遇到的表空間有如下幾類：
System Tablespace：系統表空間，對應到磁碟上面的資料檔案就是/var/lib/mysql/ibdata1，如下：root@test:/var/lib/mysql# ls -lstr ibdata*77824 -rw-r----- 1 mysql mysql 79691776 Dec 28 14:32 ibdata1root@test:/var/lib/mysql#mysql> show variables like '%undo%';+--------------------------+------------+| Variable_name | Value |+--------------------------+------------+| innodb_max_undo_log_size | 1073741824 || innodb_undo_directory | ./ || innodb_undo_log_truncate | OFF || innodb_undo_logs | 128 || innodb_undo_tablespaces | 0 |+--------------------------+------------+5 rows in set (0.02 sec)從提升MySQL效能的角度上來看，為了減少磁碟I/O的競爭，所以建議把回滾表空間和系統表空間分開存放，不讓回滾表空間和系統表空間共用同一個資料表空間檔案：ibdata1，可以使用引數innodb_undo_tablespaces引數配置回滾表空間的資料檔案的數目。配置引數在/etc/mysql/my.cnf配置檔案中如下：[mysqld] # 回滾表空間的配置 innodb_max_undo_log_size = 100M innodb_undo_log_truncate = ON innodb_undo_logs = 128 innodb_undo_tablespaces = 4 配置後的結果在MySQL的命令列中檢視如下：mysql> show variables like '%undo%'; +--------------------------+-----------+ | Variable_name | Value | +--------------------------+-----------+ | innodb_max_undo_log_size | 104857600 | | innodb_undo_directory | ./ | | innodb_undo_log_truncate | ON | | innodb_undo_logs | 128 | | innodb_undo_tablespaces | 4 | +--------------------------+-----------+ 5 rows in set (0.01 sec) 配置後可以檢視到對應的回滾表空間的資料檔案已經存在/var/lib/mysql/undo*，如下所示：root@test:/var/lib/mysql# ls -lstr undo* 10240 -rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 Dec 28 15:45 undo002 10240 -rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 Dec 28 15:45 undo001 10240 -rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 Dec 28 15:45 undo004 10240 -rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 Dec 28 15:45 undo003 root@test:/var/lib/mysql# 更多關於回滾表空間的問題參考：https://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-undo-tablespaces.html[mysqld]# 回滾表空間的配置innodb_max_undo_log_size = 100Minnodb_undo_log_truncate = ONinnodb_undo_logs = 128innodb_undo_tablespaces = 4mysql> show variables like '%undo%';+--------------------------+-----------+| Variable_name | Value |+--------------------------+-----------+| innodb_max_undo_log_size | 104857600 || innodb_undo_directory | ./ || innodb_undo_log_truncate | ON || innodb_undo_logs | 128 || innodb_undo_tablespaces | 4 |+--------------------------+-----------+5 rows in set (0.01 sec)root@test:/var/lib/mysql# ls -lstr undo*10240 -rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 Dec 28 15:45 undo00210240 -rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 Dec 28 15:45 undo00110240 -rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 Dec 28 15:45 undo00410240 -rw-r----- 1 mysql mysql 10485760 Dec 28 15:45 undo003root@test:/var/lib/mysql#root@test:/var/lib/mysql# ls -lstr ib_logfile*49152 -rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 Dec 6 14:15 ib_logfile149152 -rw-r----- 1 mysql mysql 50331648 Dec 28 14:32 ib_logfile0root@test:/var/lib/mysql#root@test:/var/lib/mysql# ls -lstr ibtmp*12288 -rw-r----- 1 mysql mysql 12582912 Dec 28 14:32 ibtmp1root@test:/var/lib/mysql#段（Segment）由一個或多個區組成，區在檔案系統是一個連續分配的空間（在 InnoDB 中是連續的 64 個頁），不過在段中不要求區與區之間是相鄰的。段是資料庫中的分配單位，不同型別的資料庫物件以不同的段形式存在。
Table表和Segment段之間的關係如下：
表是邏輯概念，段是物理儲存概念。一張普通的表，對應一個段。一張表也可以有多個段，比如分割槽表，一個分割槽一個段。多張表也可以共享一個段，比如簇表，多個簇表共享一個段。通常情況下，建立一個表會建立一個段，但是：表的建立，並不意味著一定會建立一個段，比如臨時表的建立就不會建立段。建立其他的資料庫物件也會建立段，比如：檢視、索引對應著檢視段、索引段。Extent在 InnoDB 儲存引擎中，一個區塊分配 64 個連續的頁。因為 InnoDB 中的頁大小預設是 16KB，所以一個區的大小是 64*16KB=1MB。在任何情況下每個區大小都為1MB，為了保證頁的連續性，InnoDB儲存引擎每次從磁碟一次申請4-5個區。預設情況下，InnoDB儲存引擎的頁大小為16KB，即一個區中有64個連續的頁。
PagePage頁是InnoDB儲存引擎磁碟管理的最小單位，每個頁預設16KB：16384Byte = 16KB，可以使用如下命令在MySQL中進行檢視。
mysql> show variables like 'innodb_page_size';+------------------+-------+| Variable_name | Value |+------------------+-------+| innodb_page_size | 16384 |+------------------+-------+1 row in set (0.02 sec)在MySQL5.6之前的版本，這個引數是不支援動態修改的，如果想要修改，只能自己修改原始碼編輯才可以。
而在5.6版本之後，引數innodb_page_size已經支援動態的配置，支援4KB、8KB、16KB(預設值)、32KB、64KB。但是這個配置也僅僅是在資料庫安裝好之後初始化之前自行配置，當有資料已經存在之後，這個引數是不能修改的。除非把資料透過mysqldump匯出來，重新初始化一個新的資料庫環境，然後修改引數之後，把匯出來的資料再次再匯入進去。
page頁再細粒度的劃分，可以分為如下幾種結構：
mysql innodb page structure.jpg
下面分別介紹一下page頁中各個組成部分的含義。
File Header：檔案頭資訊，比較重要的資訊有FIL_PAGE_PREV記錄上一個page頁和FIL_PAGE_NEXT下一個page頁的位置資訊，透過這兩個資訊，可以讓所有的page頁面組成一個雙向連結串列：page雙向連結串列.png
關於檔案頭File Header更為詳細的內容參考如下圖：
Page Header：記錄本頁儲存記錄的狀態資訊，比如本頁記錄數量，槽數量，詳細的資訊參考下圖：Infimun + Supermum Records：最小行與最大行記錄，是虛擬記錄，標記該page頁中，儲存的id最大的行和id最小的行記錄。具體可以參考如下圖的結構：page infimum and supremum.jpg
User Records：使用者真正的資料儲存區域，這裡真正存放使用者的行資料，它佔據了整個page頁的大部分空間。以單鏈表的形式儲存一條條行記錄。如下圖所示，他們在物理上不一定是有序的，可能剛開始是有序的，但是隨著增刪改的操作可能就無序了，但是在邏輯上是有序的：page內資料行儲存的方式.png
一個page頁中的多行記錄，再結合多個page頁，就形成如下的儲存結構：頁與頁直接是雙向連結串列，頁內的行記錄直接是單向連結串列。如下所示：page頁中的每一個箭頭可以理解為一行資料。page頁和頁之間的關係.png
基於上面的圖，當我們要查詢某一行記錄的時候，是透過下面的過程來查詢的。透過根節點開始遍歷一個索引的B+樹，透過各層非葉子節點達到底層的葉子節點的資料頁（Page），這個Page內部存放的都是葉子節點在Page內部從“Infimum”節點開始遍歷單鏈表（遍歷一般會被最佳化），如果找到鍵則返回。如果遍歷到了“Supremum”，說明當前Page裡沒有合適的鍵，這時藉助Page頁內部的next page指標，跳轉到下一個page繼續從“Infmum”開始逐個查詢。Free Space：存資料空間中尚未使用的區域，該頁中剩餘的空間，用於存放後續插入的資料。Page Directory：頁目錄，頁中某些記錄的相對位置，用於提升查詢效率。我們要在一個頁中查詢指定的一條記錄。除了從頭遍歷還有更高效率的方法麼？Page Directory提供瞭解決方案。InnoDB會將一個頁中的所有記錄劃分成若干個組，每組4-8個記錄。將每個組最後一個記錄相對於第一個記錄的地址偏移量（可以定位到真實資料記錄）提取出來存放在頁中一個叫做Page Directory的陣列中，陣列中的元素就是這些地址偏移量，也稱為槽(slot)。所以Page Directory就是由槽組成的。所以在一個頁中根據主鍵查詢記錄是很快的，步驟為：二分法確定該記錄所在的槽，並找到該槽所在分組中主鍵值最小的那條記錄。透過next_record屬性遍歷單鏈表找到記錄注意：二分法，適用於陣列。連結串列是順序存取，不是隨機存取，用二分查詢並不能提高查詢效率，因為你每次還得從第一個結點出發，找到指標LOW,HIGH,MIDDLE所指的元素，所以一般不在連結串列內使用二分查詢。File Trailer：檔案尾，刷盤時校驗頁是否完整。詳細內參考下圖：什麼是off-pageMySQL的表中儲存資料的時候，資料是一行一行的儲存的。這個行要落在innodb的最小儲存單位：page頁中。好比我們的書本中的一行一行的文字是在頁中，一個頁裡面有很多行。MySQL中的page頁，就是用來儲存多個行的基本單位。
但是如果一個行特別的大，大於了16KB的大小，那麼此時一個page頁，就容納不下這個行了，此時就要在用2個甚至更多的page頁來儲存這個行的資料，這種現象就是off-page，即行溢位，off-page是指一個表的單行的大小超過了MySQL預設的一個page頁的大小。一個行，要佔用多個頁來儲存對於這種現象，在不同的行儲存格式下面會有不同的處理方式，下面會有詳細的介紹。預設的方式是將多餘的資料需要在overflow-page溢位頁中儲存。
InnoDB的檔案儲存格式InnoDB儲存引擎有兩種檔案儲存格式：Antelope和Barracuda，而這兩種檔案儲存格式下，有分別支援兩種行儲存格式。
Antelope(羚羊)：Compact(緊湊的)與Redundant(冗餘的)兩種行記錄格式compact：在儲存大的資料欄位的時候，比如blob、text型別的欄位，涉及到行溢位的問題。它在儲存text大欄位的時候，會在一個page頁中儲存前768個位元組，後面的位元組會儲存在溢位頁``overflow page`中。redundant：是最早的一種儲存格式，相比compact要佔用更多的儲存空間。現在級別已經廢棄。Barracuda(梭魚)：Dynamic(動態的)和Compress(壓縮的)還支援compact、redundant兩種。dynamic：這種行儲存方式是目前MySQL5.7版本後預設的行儲存格式。它在儲存大欄位的時候，只會在page頁中儲存一個指向溢位頁的一個20個位元組的物理指標，而不會真正的去存放大欄位的內容。真正的欄位內容儲存在溢位頁overflow page中。這種方式，針對溢位列所在的新頁利用率更高，查詢的效率會減少磁碟的I/O互動次數，提高查效率。compress：相比dynamic，除了基本功能和dynamic一樣之外，它是把欄位內容以壓縮的方式儲存在page頁中，但是這種壓縮只是在物理儲存上的壓縮。在需要查詢對應的欄位內容的時候，需要從物理的page頁面中，讀取到記憶體中的資料需要進行相應的解壓縮的操作，這樣就需要大量的CPU的支援，降低的資料庫的TPS，影響資料庫的響應時間，這是一種以時間來換取空間的思想。而在當前磁碟儲存空間不是瓶頸的前提下，這種方式一般不被大家所認可了。因為磁碟價格也不貴，花費時間在CPU解壓資料上而換取節省磁碟空間的成本。這是一種得不償失的做法。注意：在Barracuda檔案儲存格式下，也是支援compact和redundant這兩種行儲存格式的，這個是為了將檔案儲存格式從Antelope向Barracuda慢慢過度才支援的。
檢視MySQL資料庫innodb儲存引擎使用的檔案格式和行儲存格式的命令如下：
mysql> show variables like 'innodb_file%';+--------------------------+-----------+| Variable_name | Value |+--------------------------+-----------+| innodb_file_format | Barracuda || innodb_file_format_check | ON || innodb_file_format_max | Barracuda || innodb_file_per_table | ON |+--------------------------+-----------+4 rows in set (0.01 sec)mysql> show variables like 'innodb_default_row_format';+---------------------------+---------+| Variable_name | Value |+---------------------------+---------+| innodb_default_row_format | dynamic |+---------------------------+---------+1 row in set (0.01 sec)