带着问题去剖析InnoDB的内幕
- 1.表段区页行概念
- 2.索引的执行过程
InnoDB逻辑存储结构
索引组织表
- 在InnoDB存储引擎中，表都是根据主键顺序组织存放的。
- 在每张表中都会有个主键，如果在创建表时没有显示的定义主键，则InnoDB会选择或者创建主键
- 首先判断表中是否有非空唯一索引，如果有，则该列为主键
- 如果不符合条件，InnoDB存储引擎自动创建一个6字节大小的指针作为主键
表空间
- InnoDB存储引擎逻辑结构的最高层，所有的数据都放在表空间中。
- InnoDB存储引擎默认有一个共享表空间ibdata1，如果启用innodb_file_per_table参数，则每张表都会独立放到一个表空间内。
- 启用innodb_file_per_table之后，每张表空间内存放的只是数据、索引、插入缓冲Bitmap页。其他类的数据，如undo信息，插入缓冲索引页、系统事务信息，二次写缓冲等还是放在共享空间内。
段
- 表空间是由各个段组成，常见的段有数据段、索引段、回滚段等。
- 数据段为B+树的叶子节点（Leaf node segment）索引段为B+树的非索引节点(Non-leaf node segment)
区
- 区是连续的页组成的空间，在任何情况下每个区的大小都为1MB
- 为了保证区的连续性，InnoDB存储引擎第一从磁盘中申请4~5个区。在默认的情况下，InnoDB引擎页的大小为16KB，即一个区中一共有64个连续的页。
页(Page)
- 页是InnoDB引擎磁盘管理的最小单位，默认每个页的大小是16KB，可以通过innodb_page_size 设置。
- 常见的类型有：
- 数据页(B-tree Node)
- undo页(undo Log Page)
- 系统页(System Page)
- 事务数据页(Transaction system Page)
- 插入缓冲图页(Insert Buffer Bitmap)
- 插入缓冲空闲列表页(Insert Buffer Free List)
- 未压缩的二进制大对象页(Unconmpressed BLOB Pgae)
- 压缩的二进制大对象页(compressed BLOB Page)
行
- InnoDB存储引擎是面向列的，也就是说数据是按行进行存放的。每个页存放的行记录有硬性定义，最多允许存放16KB/2-200行的记录，即7992行记录。
页
InnoDB数据页结构
File Header
| 名称 | 大小（字节） | 说明 |
|---|---|---|
| FIL_PAGE_SPACE_OR_CHECKSUM | 4 | checksum值 |
FIL_PAGE_OFFSET | 4 | 表空间中页的偏移值，用来定位具体页在表空间下所有页的位置 |
FIL_PAGE_PREV | 4 | 当前页的上一个页，B+Tree特性决定了叶子节点必须是双向 |
FIL_PAGE_NEXT | 4 | 当前页的下一个页，B+Tree特性决定了叶子节点必须是双向 |
| FIL_PAGE_LSN | 8 | 该值代表该页最后被修改的日志序列位置LSN(LogSequence Number) |
FIL_PAGE_TYPE | 2 | InnoDB存储引擎页的类型 |
| FIL_PAGE_FILE_FLUSH_LSN | 8 | 该值仅在系统表空间的一个页中定义，代表文件至少被更新到了该LSN值。对于独立表空间，该值都为0 |
FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID | 4 | 该值代表页属于哪个空间 |
Page Header
| 名称 | 大小（字节） | 说明 |
|---|---|---|
PAGE_N_DIR_SLOTS | 2 | Page Directory (页目录)中的Slot(槽数) |
| PAGE_HEAP_TOP | 2 | 堆中第一个记录的指针，记录在页中是根据堆的形式存放的 |
| PAGE_N_HEAP | 2 | 堆中的记录数，2字节，第15位表示行记录格式 |
| PAGE_FREE | 2 | 指向可重用空间的首指针 |
| PAGE_GARBAGE | 2 | 已删除记录的字节数，即行记录结构中delete flag=1的记录大小总数 |
| PAGE_LAST_INSERT | 2 | 最后插入记录的位置 |
| PAGE_N_DIRECTION | 2 | 一个方向连续插入的记录数量 |
| PAGE_N_RECS | 2 | 该页中记录的数量 |
| PAGE_MAX_TRX_ID | 8 | 修改当前页的最大事务ID，注意该值仅在Secondary Index 定义 |
| PAGE_LEVEL | 2 | 当前页在索引树中的位置，0x00代表叶节点，即页节点总是在第0层 |
PAGE_INDEX_ID | 8 | 索引ID，表示当前页属于哪个索引 |
| PAGE_BTR_SEG_LEAF | 10 | B+树数据页非页节点所在段的segment header，注意该值仅在B+树的Root页中定义 |
| PAGE_BTR_SEG_TOP | 10 | B+树数据页所在段的segment header，注意该值仅在B+树的Root页中定义 |
Infimum和Supremum Record
- 数据页中两个虚拟边界值
User Record 和Free Space
User Record: 即实际存储行记录的内容- Free Space 空间空间
Page Directory
- Page Directory 中存放了记录的相对位置(注意,这里存放页相对位置，而不是便宜量)，有些时候这些记录指针称为Slots(槽)或目录槽。
File Trailer
- 为了检测是否已经完整地写入磁盘，FIL_PAGE_END_LSN占用8字节，前4字节代表页的checksum值，最后4字节和File Header 中的FIL_PAGE_LSN 相同。
- 比较方式:将这两个值与File Header中FIL_PAGE_SPACE_OR_CHECKSUM 和FIL_PAGE_LSN值进行比较是否一致来确保页的完整性。
聚集索引
通过前面的介绍，我们大体了解了InnoDB存储引擎的逻辑存储结构。结合逻辑存储结构，回答一下问题2:索引的执行过程？
- 页是InnoDB磁盘管理的最小单位。所以对于B+树索引来说，本身并不能找到具体的一行数据。能找到的只是该行数据所在的页。然后数据库将Page加载到内存，通过页目录进行二分查找，查找到数据落在具体的槽内，在通过next_record 确定是具体哪一行数据。
库->表->页->页目录->槽->行
