MySQL · 引擎特性 · InnoDB 文件系統之文件物理結構
綜述
從上層的角度來看，InnoDB層的文件，除了redo日誌外，基本上具有相當統一的結構，都是固定block大小，普遍使用的btree結構來管理數據。只是針對不同的block的應用場景會分配不同的頁類型。通常默認情況下，每個block的大小為 UNIV_PAGE_SIZE，在不做任何配置時值為16kb，你還可以選擇在安裝實例時指定一個塊的block大小。對於壓縮表，可以在建表時指定block size，但在內存中表現的解壓頁依舊為統一的頁大小。
從物理文件的分類來看，有日誌文件、主系統表空間文件ibdata、undo tablespace文件、臨時表空間文件、用戶表空間。
由於數據庫需要保證數據的完整性，因此在OS系統上封裝了自己的文件系統。我們來看一張圖，這樣也能更好的理解innodb數據庫的文件結構
首先看一下頁（page)的結構
之前有說過，一個表空間文件都是由一個一個16kb的頁組成，每個頁都有一個32位序號(page number)，通常稱為偏移量，即離表空間初始位置的偏移量．因為每個頁大小為16kb，所以第0個頁的偏移量為0，第一個頁的偏移量為16384等等．因為32位的最大值為2^32，所以一個表空間的最大值為2^32*16kb=64TB．
- Checksum為校驗和，和磁盤打交道的程序為了保證數據正確性，都必須使用校驗和，目的是驗證因為磁盤空間損壞導致數據損壞；
- offset(Page Number)為頁的序號，即偏移量；
- Previous Page和Next Page InnoDB的數據在內存緩沖區是由B+樹組織的，而B+樹中的每一層的頁是由雙向鏈表串起來，因為每個頁header有指向上一個和下一個頁的指針；這種結構可以提升全表掃描的效率；
- LSN for last page modification LSN如果不懂，可以查看InnoDB存儲引擎這本書，簡單說就是用於表示刷新到重做日誌數據量，可用於重做日誌恢復數據庫.
- Page Type 即頁的類型，頁的類型決定了這個頁其他部分存儲的數據，常見的頁類型有數據業，undo頁，系統頁等等；
- space id 即這個頁屬於的表空間
- flush LSN 這個值存儲了刷新到整個系統任何頁的最大LSN值．
接下來我們來看一下表空間（Tablespace)的一些基礎知識
表空間是分段管理的，假如有一個表只有一個主鍵索引，那麽這個表就有兩個段，一個是內部節點段，即非葉子節點段，還有一個是葉子段，即存儲數據的節點．如果一個表除了主鍵索引，還有一個輔助索引，那麽這個這個表空間有四個段，主鍵內部節點段，主鍵葉子節點段，輔助索引內部節點段，輔助索引葉子節點段．InnoDB存儲引擎有有一張圖很好展示了段，區，頁的關系:
當然共享表空間ibdata和用戶表空間是不一樣的，因為它需要存儲更多全局的一些信息，例如doublewrite,undo等等，所以共享表空間擁有更多的段，這裏先分析用戶表空間．
每個表空間都有一個唯一space id，因為很多地方都需要使用到這個id，例如內存數據刷到磁盤時，需要使用這個space id來尋找表空間文件．InnoDB總有一個"系統空間"，即共享表空間，這個表系統表空間的space id始終為0．
表空間結構
一個表空間文件是由一系列的頁組成的，頁數量最多可達2^32個．為了更好管理頁，頁又按1MB(64個連續的頁)分為組，這個組稱為區，InnoDB一般情況下是按區來給段分配空間．
為了管理表空間所有頁，區以及表空間自己，Innodb必須使用一些數據結構來跟蹤保存頁區等信息，下圖展示了一個表空間的示意圖:
每一個表空間的第一個頁為FSP_HDR(file space header)頁，這個頁保存了FSP header結構，這個結構保存了這個表空間的大小，以及完全沒有被使用的extents，fragment的使用情況，以及inode使用情況等等，接下來詳細介紹．
第1個頁只能保存256個extents，也就是16384個頁，256MB．因此每隔16384個頁必須分配一個新的頁來保存接下來的16384個頁的信息，這個頁就是XDES頁，這個XDES頁和第１個頁除了FSP_HDR結構置0外(因為第一個page已經包含了base list,所以後面的XDES page 的FSP_HDR結構置0），其他都一樣．
第二個頁IBUF_BITMAP這個頁就是插入緩存bitmap頁，用於記錄插入緩沖區的一些信息．
第三個頁是inode頁，該頁用一個鏈表存儲表空間中所有段(file segments)；之前說段是由若幹個extents組成，其實段除了extents之外，還有32個單獨分配的"碎片"頁組成，因為有些段可能用不到一個區，所以這裏主要是為了節省空間．
FSP_HDR PAGE
數據文件的第一個Page類型為FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR，在創建一個新的表空間時進行初始化(fsp_header_init)，該page同時用於跟蹤隨後的256個Extent(約256MB文件大小)的空間管理，所以每隔256MB就要創建一個類似的數據頁，類型為FIL_PAGE_TYPE_XDES ，XDES Page除了文件頭部外，其他都和FSP_HDR頁具有相同的數據結構，可以稱之為Extent描述頁，每個Extent占用40個字節，一個XDES Page最多描述256個Extent。
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