day11-MySql存儲結構

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MySql存儲結構 參考視頻:MySql存儲結構 1.表空間 不同的存儲引擎在磁碟文件上的結構均不一致,這裡以InnoDB為例: CREATE TABLE t(id int(11)) Engine = INNODB; 在新表創建的過程中,InnoDB會在磁碟的data目錄下創建與這個表對應的兩個文件 ...


MySql存儲結構

參考視頻:MySql存儲結構

1.表空間

不同的存儲引擎在磁碟文件上的結構均不一致,這裡以InnoDB為例:

CREATE TABLE t(id int(11)) Engine = INNODB;

在新表創建的過程中,InnoDB會在磁碟的data目錄下創建與這個表對應的兩個文件:t.frm、t.ibd。

  • t.frm 存儲了表結構等信息,文件相對較小
  • t.ibd 就是常說的”表空間“文件,它用來存儲表的數據和索引。文件大小取決於表中的數據量。

註意:只有在mysql5.7版本後才會為每個表生成一個ibd文件,稱為獨立表空間,在此之前所有表的數據和索引都會存儲系統表空間中。系統表空間也被稱為共用表空間,即所有表共用一個物理表空間文件。

在mysql8.0之後開始去掉了frm文件,表結構定義預設內置到InnoDB的ibd文件中

我們也可以通過全局參數 innodb file per table 來進行設置。

-- 查看每個表都創建表空間文件狀態
SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_file_per_table';
-- 開啟"每個表都創建表空間文件功能"
SET @@global.innodb_file_per_table= ON;

表空間共分為五類,除了上面說的獨立表空間,系統表空間,還有Undo表空間、通用表空間、臨時表空間。在官方的的文檔中,獨立表空間相比於系統表空間,具有可壓縮,可傳輸等優勢。

2.頁

在ibd文件中,最重要的結構體就是”頁“(Pages),即InnoDB中記憶體和磁碟交互的最小存儲單元。Mysql每次記憶體於磁碟交互數據,都會至少讀寫一個“頁”的大小,因此在磁碟中每個“頁”內部的地址都是連續的。

要查詢的數據很多情況下都是連續存在的,因此存在這樣的機制,只需在磁碟中讀取一段連續的數據放入記憶體(Buffer Pool),後續的查詢大概率可以直接從記憶體中找到。這樣就減少了磁碟的訪問次數,從而大大提升效率。這一段固定的連續的數據就被稱為“頁”。

頁的大小為固定的16KB,即使沒有數據也會占用16KB大小。這16KB的內容具體結構比較多樣,在不同的場景會使用不同類型的“頁”,一共有12種頁類型。但無論什麼類型的頁均會包含“頁頭”(File Header)和“頁尾”(File Trailer),在頁頭和頁尾之間的頁的“主體信息”會根據不同的頁類型由不同的結構。

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最為常用的就是用來存儲數據和索引的“索引頁”,它的主體信息會使用數據“行”進行填充。

-- 查看某表的行類型
SELECT t.SPACE,t.NAME,t.ROW_FORMAT FROM information_schema.INNODB_SYS_TABLESPACES

相比頁的大小為固定值,行則不同,它是一個最大為8K但大小不固定的結構,內部主要包括表裡某一行的真實數據和一些額外信息。

3.區

Mysql所有的表數據都會通過“行”、“頁”的方式存儲在磁碟中,但是每一個頁只有16KB,當要存儲的數據和讀寫量暴增時,跨“頁”讀取就變得再平常不過了。

如果多個頁之間的物理距離過大,那多份數據在磁碟中就很有可能不在同一個磁軌。為了讀取數據,就會發生磁頭移動,這種移動是物理擺動,相比磁片每分鐘幾千上萬次的旋轉讀取要緩慢得多,所以磁頭移動會大大降低性能。

需要儘可能在磁軌上讀取連續的數據,減少磁頭的移動才能提升效率。因此MySql還存在一個叫“區”的結構。每個區都固定為1MB,存放64個連續地址的頁,這樣即使跨頁讀取相關數據,大概率都在附近的地址,減少了磁頭移動,提高了效率。

於此同時,如果頻繁地讀取某個“區”內的”頁“,Mysql就會將這個區中的所有數據讀取出來,放入記憶體中,減少後續查詢對磁碟的訪問次數。

當然,在程式員創建新表時,由於不知道表未來的數據大小,為了不至於一次性占用過大的磁碟空間而導致浪費,所以在新建一個表時只會創建6個“頁”,而不是一個完整的區,共占用16*6=96KB的大小。

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當然在mysql 8.0版本後初次會創建7個頁

這些零散”頁“會被放在表空間中一個叫碎片區的地方,解析了這6個頁後可以看到它們各有不同,其中後兩個頁為空閑頁,即可用頁。前4個頁分別記錄了表空間和區組條目信息、Change buffer相關信息、段信息、索引根信息

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當要存儲的數據越來越多,6個初始“頁”空間不夠用的時候,就需要一個一個地新增“頁”來滿足存儲需求,當構建了32個零散”頁“之後,後續每次都會直接申請完整的”區“來存儲更多的數據。

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4.組

然而,當''區“的數量也越來越多時,為了有效地管理區,Mysql又會使用到“組”結構。

每一個“區組”管理固定的256個區,即256MB,它的結構比較簡單,就是由256個區直接構成。其中第一個“區組”中的首個“區”的前四頁比較特殊,就是之前所說的6個初始頁中的前4個:即File Space Header、Insert Buffer Bitmap、File Segment inode、B-tree Node。

而其他區組中首個區的結構均一致,前兩個頁分別記錄了區組條目信息,Change buffer信息,即Extent Descriptor(XDES)、Insert Buffer Bitmap

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InnoDB通過“區組”,可以在物理結構層面,非常高效地管理和定位到每個區

5.段

與區、區組這種物理結構不同,”段“是一個邏輯概念,並不對應表空間中連續的物理區域,可以看成區、頁的一個附加的標註信息。

段的主要作用是用來區分不同功能的“區”和在碎片區中的”頁“,分為”葉子節點段“和”非葉子節點段“等,這兩個段與我們常說的B+樹索引中的葉子、非葉子節點相對應,也可以簡單地理解為“非葉子節點段”存儲和管理索引樹,“葉子節點段”存儲和管理實際數據。

從邏輯上講,最終由葉子節點段和非葉子節點段等段構成了最終的表空間ibd文件。

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