MySQL-Innodb记录结构&数据页结构

MySQL

字数统计: 2.2k阅读时长: 7 min

 2020/03/14 

记录结构

页是MySQL中磁盘和内存交互的基本单位，也是MySQL是管理存储空间的基本单位，一般大小为16kb。

指定和修改行格式的语法如下：

1
2
3

CREATE TABLE 表名 (列的信息) ROW_FORMAT=行格式名称

ALTER TABLE 表名 ROW_FORMAT=行格式名称

InnoDB目前定义了 4 种行格式：compact、Redundant、Dynamic、Compressed

COMPACT 行格式

Redundant 行格式

Dynamic 和 Compressed 行格式
两种行格式类似于COMPACT行格式，只不过在处理行溢出数据时有点儿不同，它们不会在记录的真实数据处存储字符串的前 768 个字节，而是把所有的字节都存储到其他页面中，只在记录的真实数据处存储其他页面的地址。
另外，Compressed行格式会采用压缩算法对页面进行压缩。

行溢出：

一个页一般是16KB，当记录中的数据太多，当前页放不下的时候，会把多余的数据存储到其他页中，这种现象称为行溢出。
132 + 2*(27+n) < 16384

数据页结构

InnoDB为了不同的目的而设计了不同类型的页，我们把用于存放记录的页叫做数据页。

一个数据页可以被大致~~划分为~~7个部分

名称	中文名	占用空间大小	简单描述
`File Header`	文件头部	`38`字节	页的一些通用信息
`Page Header`	页面头部	`56`字节	数据页专有的一些信息
`Infimum + Supremum`	最小记录和最大记录	`26`字节	两个虚拟的行记录
`User Records`	用户记录	不确定	实际存储的行记录内容
`Free Space`	空闲空间	不确定	页中尚未使用的空间
`Page Directory`	页面目录	不确定	页中的某些记录的相对位置
`File Trailer`	文件尾部	`8`字节	校验页是否完整

每个记录的头信息中都有一个next_record属性，从而使页中的所有记录串联成一个单链表。

InnoDB会把页中的记录划分为若干个组，每个组的最后一个记录的地址偏移量作为一个槽，存放在PageDirectory中，所以在一个页中根据主键查找记录是非常快的，分为两步：

通过二分法确定该记录所在的槽。
通过记录的next_record属性遍历该槽所在的组中的各个记录

每个数据页的File Header部分都有上一个和下一个页的编号，所以所有的数据页会组成一个双链表。

为保证从内存中同步到磁盘的页的完整性，在页的首部和尾部都会存储页中数据的校验和和页面最后修改时对应的LSN值，
如果首部和尾部的校验和和LSN值校验不成功的话，就说明同步过程出现了问题

compact格式的记录头信息：
$image\_1c9o2eib2vl11qnf1dfl1d2lco313.png-76.4kB$

名称	大小（单位：bit）	描述
`预留位1`	`1`	没有使用
`预留位2`	`1`	没有使用
`delete_mask`	`1`	标记该记录是否被删除
`min_rec_mask`	`1`	B+树的每层非叶子节点中的最小记录都会添加该标记
`n_owned`	`4`	表示当前记录拥有的记录数
`heap_no`	`13`	表示当前记录在记录堆的位置信息
`record_type`	`3`	表示当前记录的类型，`0`表示普通记录，`1`表示B+树非叶节点记录，`2`表示最小记录，`3`表示最大记录
`next_record`	`16`	表示下一条记录的相对位置

Page Directory（页目录）

InnoDB有个和书本一样类类似的目录，他们的制作过程是这样的：

1. 将所有正常的记录（包括最大和最小记录，不包括标记为已删除的记录）划分为几个组。
1. 每个组的最后一条记录（也就是组内最大的那条记录）的头信息中的n_owned属性表示该记录拥有多少条记录，也就是该组内共有几条记录
1. 将每个组的最后一条记录的地址偏移量单独提取出来按顺序存储到靠近页的尾部的地方，这个地方就是所谓的Page Directory，也就是页目录（此时应该返回头看看页面各个部分的图）。页面目录中的这些地址偏移量被称为槽（英文名：Slot），所以这个页面目录就是由槽组成的。

在一个数据页中查找指定主键值的记录的过程分为两步：

1. 通过二分法确定该记录所在的槽，并找到该槽所在分组中主键值最小的那条记录。
1. 通过记录的next_record属性遍历该槽所在的组中的各个记录。

为了能得到一个数据页中存储的记录的状态信息，比如本页中已经存储了多少条记录，第一条记录的地址是什么，页目录中存储了多少个槽等等，特意在页中定义了一个叫Page Header的部分，它是页结构的第二部分，这个部分占用固定的56个字节，专门存储各种状态信息：

名称	占用空间大小	描述
`PAGE_N_DIR_SLOTS`	`2`字节	在页目录中的槽数量
`PAGE_HEAP_TOP`	`2`字节	还未使用的空间最小地址，也就是说从该地址之后就是`Free Space`
`PAGE_N_HEAP`	`2`字节	本页中的记录的数量（包括最小和最大记录以及标记为删除的记录）
`PAGE_FREE`	`2`字节	第一个已经标记为删除的记录地址（各个已删除的记录通过`next_record`也会组成一个单链表，这个单链表中的记录可以被重新利用）
`PAGE_GARBAGE`	`2`字节	已删除记录占用的字节数
`PAGE_LAST_INSERT`	`2`字节	最后插入记录的位置
`PAGE_DIRECTION`	`2`字节	记录插入的方向
`PAGE_N_DIRECTION`	`2`字节	一个方向连续插入的记录数量
`PAGE_N_RECS`	`2`字节	该页中记录的数量（不包括最小和最大记录以及被标记为删除的记录）
`PAGE_MAX_TRX_ID`	`8`字节	修改当前页的最大事务ID，该值仅在二级索引中定义
`PAGE_LEVEL`	`2`字节	当前页在B+树中所处的层级
`PAGE_INDEX_ID`	`8`字节	索引ID，表示当前页属于哪个索引
`PAGE_BTR_SEG_LEAF`	`10`字节	B+树叶子段的头部信息，仅在B+树的Root页定义
`PAGE_BTR_SEG_TOP`	`10`字节	B+树非叶子段的头部信息，仅在B+树的Root页定义

总结

InnoDB为了不同的目的而设计了不同类型的页，我们把用于存放记录的页叫做数据页。
一个数据页可以被大致划分为7个部分，分别是
- File Header，表示页的一些通用信息，占固定的38字节。
- Page Header，表示数据页专有的一些信息，占固定的56个字节。
- Infimum + Supremum，两个虚拟的伪记录，分别表示页中的最小和最大记录，占固定的26个字节。
- User Records：真实存储我们插入的记录的部分，大小不固定。
- Free Space：页中尚未使用的部分，大小不确定。
- Page Directory：页中的某些记录相对位置，也就是各个槽在页面中的地址偏移量，大小不固定，插入的记录越多，这个部分占用的空间越多。
- File Trailer：用于检验页是否完整的部分，占用固定的8个字节。
每个记录的头信息中都有一个next_record属性，从而使页中的所有记录串联成一个单链表。
InnoDB会把页中的记录划分为若干个组，每个组的最后一个记录的地址偏移量作为一个槽，存放在Page Directory中，所以在一个页中根据主键查找记录是非常快的，分为两步：
- 通过二分法确定该记录所在的槽。
- 通过记录的next_record属性遍历该槽所在的组中的各个记录。
每个数据页的File Header部分都有上一个和下一个页的编号，所以所有的数据页会组成一个双链表。
为保证从内存中同步到磁盘的页的完整性，在页的首部和尾部都会存储页中数据的校验和和页面最后修改时对应的LSN值，如果首部和尾部的校验和和LSN值校验不成功的话，就说明同步过程出现了问题。