Rocksdb引擎記錄格式

     Rocksdb是一個kv引擎，由facebook團隊基於levelDB改進而來，Rocksdb採用LSM-tree存儲數據，良好的讀寫特性以及壓縮特性使得其非常受歡迎。此外，Rocksdb引擎作為插件已經集成在facebook維護的MySQL分支，用戶可以通過SQL來訪問rocksDB。本文主要通過分析Rocksdb引擎的記錄格式，並通過對比innodb，來讓大家瞭解Rocksdb。Rocksdb作為一個kv引擎，用戶通過put(key,value)來寫入key，或者通過get(key)介面來獲取value，對rocksdb本身而言，每條記錄都是一個key-value。當Rocksdb作為一個存儲引擎接入到MySQL時，key-value結構如何存儲表中各個索引，以及如何記錄中各個列的信息是本文要具體討論的。rocksdb引擎與innodb引擎類似，也是採用索引組織表，無論是表(主鍵索引)還是二級索引都是以LSM tree方式組織，rocksdb記錄主要包括三部分，key，value和meta三部分內容，具體見下表，然後我通過介紹一條具體記錄在rocksdb引擎中的存儲格式來說明問題。

rocksdb基本記錄存儲格式

create table row_format(  
id int not null,  
c1 int,  
c2 char(10) not null,  
c3 char(10),  
c4 varchar(10),  
c5 varchar(10) not null,  
c6 blob,  
c7 binary(10) not null,  
c8 varbinary(10)) engine=rocksdb;
insert into row_format(id,c2,c4,c5,c7) values(1,'abc','abc','efg','111')

 key部分：

0x7fdfa4278ea0: 0x00    0x00    0x01    0x7b    0x00    0x00    0x00    0x00

0x7fdfa4278ea8: 0x00    0x00    0x00    0x05

Index_id:索引的編號，全局唯一。

rowid:由於表沒有主鍵，系統會產生一個bigint類型的rowid作為主鍵，占用8個位元組，而innodb引擎的rowid占6個位元組，需要註意的是rowid存儲採用的大端的存儲(高位存儲低位元組)，這裡主要是為了memcompare。

Value部分：

0x7fdfa4251e50: 0x1b    0x01    0x00    0x00    0x00    0x61    0x62    0x63

0x7fdfa4251e58: 0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20

0x7fdfa4251e60: 0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20

0x7fdfa4251e68: 0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20    0x20

0x7fdfa4251e70: 0x20    0x20    0x20    0x03    0x61    0x62    0x63    0x03

0x7fdfa4251e78: 0x65    0x66    0x67    0x31    0x31    0x31    0x00    0x00

0x7fdfa4251e80: 0x00    0x00    0x00    0x00    0x00

說明：

1. Value的最前面部分(0x1b)就是存放記錄的null信息。根據記錄中可以為null欄位的個數，確認需要占用的位元組數，如果小於8個，則只需要一個位元組。例子中，c1,c3,c4,c6,c8均可以為null，因此需要5個bit，所以用1個byte表示Null-flag即可，由於插入記錄中，c4不為null，則對應的bit為0，也就是0x00011011。
2. 對於null，無論是定長還是非定長數據類型，都不占用真實的存儲空間，只需要一個bit位來表示為null即可。
3. 空串’’與null，上面提到了null需要占一個標記位，而對於’’，如果是變長欄位仍然需要存儲長度信息，對於定長欄位，則會補全。
4. 對於變長欄位，比如varchar，0x03 0x61 0x62 0x63數據有len+data組成，如果數據長度小於256，len只需要占用一個byte；如果len大於255，且小於65536，則需要占用2個位元組，對於longblob類型，則需要占4個位元組。
5. 對於定長欄位，不需要存長度信息直接存儲data，如果不足則補充。補充字元有點詫異，對於char類型，補充0x20，對於binary類型，補充0x00。
6. 對於lob類型，比如tinyblob，blob，mediumblob，longblob，以及對應的text類型，處理策略與varchar類似，存儲長度的位元組數根據數據類型的範圍確定，比如blob長度占用2個位元組，而longblob的長度占4個位元組。所以在rocksdb裡面，沒有innodb中所謂“溢出頁”的概念。對於innodb引擎，如果blob欄位內容超過768位元組，多餘的data存儲在溢出頁，頁內通過20個位元組指向溢出頁，主要包括第一個blob頁的space_id,page_no和起始偏移，如果存在多個blob頁，則頁與頁之間通過類似的方式進行關聯。具體可以參考btr0cur.h文件中關於BTR_EXTERN_xxx相關的巨集定義，以及介面btr_copy_externally_stored_field_prefix_low。
7. 有關value部分的存儲實現可以參考rocksdb引擎介面convert_record_to_storage_format，convert_record_from_storage_format和innodb引擎介面row_mysql_store_col_in_innobase_format，row_sel_field_store_in_mysql_format。

Meta部分：

Meta部分主要是SequenceID，這個SequenceID在事務提交時產生，主要用於rocksDB實現MVCC，用於可見性判斷，此外Meta中還包含flag信息，由於標示記錄類型，put，delete，singleDelete等，具體而言Sequence占7個位元組，flag占1個位元組。

rocksdb索引格式

      Rocksdb中，所有的數據都是通過索引來組織，與Innodb類似，也是索引組織表，每個索引有一個全局唯一的index_id。索引主要包括兩類：主鍵索引和二級索引，前面介紹的記錄格式，也就是主鍵索引的格式，包括key，value和meta三部分。二級索引也包含key，value和meta三部分，但是value中不包含任何數據，只是包含checksum信息。

主鍵索引

二級索引

對比innodb引擎(innodb_file_format=Barracuda，row_format=compact)

innodb記錄格式

create table row_format(  
id int not null,  
c1 int,  
c2 char(10) not null,  
c3 char(10),  
c4 varchar(10),  
c5 varchar(10) not null,  
c6 blob,  
c7 binary(10) not null,  
c8 varbinary(10)) engine=innodb;
insert into row_format(id,c2,c4,c5,c7) values(1,'1234','ab','efg','111');

記錄內容：

0000c0b0  00 00 03 02 0a 1b 00 00  18 ff b5 00 00 00 00 28  |...............(|

0000c0c0  00 00 00 00 01 01 03 83  00 00 01 36 01 10 80 00  |...........6....|

0000c0d0  00 01 31 32 33 34 20 20  20 20 20 20 61 62 65 66  |..1234      abef|

0000c0e0  67 31 31 31 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |g111............|

說明：

     1.   03 02 0a，這裡存的是長度信息，所有非null的變長列信息都逆序存在一起，這裡按先後順序是c5,c4,c2,這裡innodb將char(10)也當作變長欄位處理了。

     2.  1b存儲的是null信息，與rocksdb對null處理一致。00 00  18 ff b5存儲的是record-header。

     3. 00 00 00 00 28 00 00 00 00 01 01 03 83  00 00 01 36 01 10， 這三部分別是rowid，trxid和roll_ptr,分別占6個位元組，6個位元組和7個位元組。

     4. 最後一部分是數據，null不占任何存儲空間，與rocksdb處理類似。區別在於對於char類型的處理，innodb將欄位c2類型char(10)補齊到10個位元組，存儲為31 32 33 34 20 20 20 20 20 20，將其作為varchar處理，記錄了長度信息；而Rocksdb則是補齊到30個位元組(utf8字元集)，作為char處理，不記錄長度信息。

      整體而言，innodb記錄格式包含了record_header(記錄頭信息)，占5個位元組，主要包括記錄號(heap_no),列數目,下一條記錄的位置以及是否刪除等信息。rocksdb則相對簡單，只有整體的value-size，以及通過Meta中flag標示記錄的狀態put 或者是delete。innodb將變長列長度信息集中存放在一起，使得查找任意列的代價都差不多，而rocksdb的變長列信息則是放在每列的前面，訪問最後一列需要逐一計算前面的列，才能定位。此外，由於innodb引擎與rocksdb引擎由於實現MVCC的機制不同，導致innodb引擎和rocksdb引擎需要存儲的額外信息也不同。Innodb實現MVCC依賴於回滾段信息，記錄需要額外存儲trxid和roll_ptr兩個欄位，分別是6個位元組和7個位元組(type,rsegid,pageNO,offset),其中type占一個bit位，標示insert 或者是update類型，rsegid回滾段id占7bit位，pageNo占4個位元組，頁內偏移占2個位元組。Rocksdb實現MVCC則是依賴於SequenceID，通過SequenceID來判斷記錄的可見性，SequenceID占7個位元組。

      細節上來說，RocksDB引擎和innodb引擎在處理null，char和varchar的方式類似，但innodb對於char類型做了優化，統一作為varchar處理。另外rocksdb引擎沒有對blob做特殊處理。你可能會有疑問，rocksdb不是也有block_size嗎，如果設置為16k，blob數據超過16k怎麼辦？對於innodb而言，由於表實質是以一個個page通過B-tree組織起來的，每個page是固定大小，當記錄非常大時，就需要藉助溢出頁，通過鏈接的方式關聯起來。而rocksdb中block_size只是一個壓縮單位，並沒有嚴格約束，文件內容以block組織，由於文件中block可能是壓縮過的，因此每個block的大小不固定，通過偏移來定位具體某個block的位置。如果遇到大的blob數據，則可能這個block比較大，記錄所有數據存儲在一起，不會跨block。

      對於索引長度限制也有所不同，對於innodb引擎來說，索引中單列長度不能超過767個位元組，而rocksdb引擎單列長度不超過2048個位元組，具體可以參考max_supported_key_part_length各自的實現；整個索引的長度，rocksdb和innodb都限制在3072個位元組，實際上是server層的限制，因為它們的各自限制的長度都比server層的大。具體可以參考各自max_supported_key_length的實現。

參考文檔

http://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-physical-record.html

http://hedengcheng.com/?p=127

http://www.cnblogs.com/zhoujinyi/articles/2726462.html