MySQL下InnoDB表的存储结构

1 .idb文件和表空间（TableSpace）

当执行CREATE DATABASE语句的时候，其实会在mysql的datadir目录下创建一个和数据库名一样的文件夹，这样就可以自然的实现不同之间的库隔离。创建表（CREATE TABLE）命令执行的时候，会在相对应的库文件下，默认的的为每个表创建两个文件： 表名.frm, 表名.idb。

.frm后缀名的文件： 存储表的定义信息，包括字段名，字段的类型等信息。
.idb后缀名的文件： 存储数据内容，也就是记录用户插入表中的数据。

在MySQL的内部，统称.idb文件为TableSpace(表空间)，并且为每个TableSpace分配一个唯一的标识：space_id，通过space_id范围，区分不同类型的表：

Table Space ID 分布
0x0                    ： SYSTEM_TABLE_SPACE
0x1 ~        0xFFF9E108:  USER SPACE
0xFFF9E108 ~ 0xFFFFFB88:  session temp table 
0xFFFFFF70 ~ 0xFFFFFFEF:  undo tablespace ID
0xFFFFFFF0:  redo log pseudo-tablespace
0xFFFFFFF1:   checkpoint file space 
0xFFFFFFFD:  innodb_temporary tablespace
0xFFFFFFFE:  data dictionary tablespace
0xFFFFFFFF : invalid space

InnoDB下的表数据组织结构形式是通过BTree来组织存储，而每一行的数据就是存储在BTree的叶子节点中。在创建表的时候，如果指定了主键索引列，此时默认表的是数据内容将会以聚簇索引的方式组织，如果没有指定主键，表中会自动添加一个列ROW_ID,通过该列生成聚簇索引来存储表中的数据。

2 .idb文件的组成结构

一个TableSpace在逻辑上由多个不同类型的Segment构成，Segment是逻辑上的划分，并不实际存储在文件系统中，Segment从业务功能上可以分为： Leaf Node Segment， Non-Leaf Node Segment， Rollback Segment。一个TablesSpace每种类型的Segment至少是大于等于一的。而组合Segment实际上是由多个Extend构成，Extent负债组织Page。Page是MySQL中最小的存储单元，一个Extend默认由64个Page组成，而一个Page的默认的大小为16kb，也就是说一个Extent大概有1M。

默认的TableSpace结构：

从上图的结构可以看出，Tablespace的最小存储单位还是Page，其下面的每个page都有一个唯一的标识Page_no，在创建表空间的时候，默认会创建4个特殊的Page,分别是Page0， Page1, Page2, Page3。 他们负责存储该Tablespace的元数据信息，包括但不局限于，总共Page数，可用Page数，索引信息，BTree的ROOT节点，Extend数量等。

2.1 page0介绍

Page0即”.ibd”文件的第一个Page，这个Page是在创建一个新的Tablespace的时候初始化，类型为FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR，这个Page用来跟踪后续256个Extent（约256M）的空间管理。每个Extent Entry占用40字节，总共分配出了256个Extent Entry，所以Page0和Extent描述页只管理后续256个Extent。也就是说这里是通过Extent Entry去管理文件系统中的Extent。

page0的数据结构图：

FSP Header数据结构： 在这个结构中，存储这个Tablespace中的总page数量，可用的page数量等，其中最主要的信息就是几个用于描述Tablespace内所有Extent和INode的链表，当InnoDB在写入数据的时候，会从这些链表上进行分配或回收Extent和Page，便于高效的利用文件空间。

XDES Entryd的数据结构：

个XDES中又会使用两个字节来描述这个Extent下的每个Page的状态。

2.2 page2（INode Page）介绍

Page2的数据结构如下：

在INode Page的每一个INode Entry对应一个Segment，结构如下：

InnoDB通过Inode Entry来管理每个Segment占用的Page，Inode Entry所在的inode page有可能存放满，因此在Page0中维护了Inode Page链表。

Page0中维护了表空间内Extent的FREE、FREE_FRAG、FULL_FRAG三个Extent链表，而每个Inode Entry也维护了对应的FREE、NOT_FULL、FULL三个Extent链表。这些链表之间存在着转换关系，以便于更高效的利用数据文件空间。

当用户创建一个新的索引时，在InnoDB内部会构建出一棵新的btree(btr_create)，先为Non-leaf Node Segment分配一个INode Entry，再创建Root Page，并将该Segment的位置记录到Root Page中，然后分配Leaf Segment的Inode entry，也记录到root page中。