介绍
前面介绍的几篇文章内容都有提及到数据页，在innodb中内存与磁盘的交互绝大部分也都是以页为最小颗粒度的，本篇文章将详细介绍页的数据结构以及在页中如何查询、存储数据。
页
页是innodb中最小的管理单位，它的默认大小为16kb，在innodb 1.2版本开始可以通过innodb_page_size设置页的大小，但只能为4k的整数倍，设置后不可更改。
页的类型有很多种，如：
- 数据页（FIL_PAGE_INDEX）
- undo页（FIL_PAGE_UNDO_LOG）
- change buffer空闲页(FIL_PAFE_IBUF_FREE_LIST)
- 溢出页（FIL_PAGE_TYPE_BLOB）等
在B+树中存储数据的就是数据页，因为在innodb中索引即数据，所以它叫FIL_PAGE_INDEX页。
页的结构
innodb的页都是上图的结构，header(页头)、tailer（页尾）是所有类型数据页都具备的；而中间的body则根据不同的类型存储不同的内容；其中file header占用38字节，file tailer占用8字节，根据页的大小剩余都是body占用。接下来我们以FIL_PAGE_INDEX页为例详细讲解。
数据页（FIL_PAGE_INDEX）结构
FIL_PAGE_INDEX页的组成如上图，具体含义如下：
- File Header：文件头；
- File Trailer：文件尾；
- User Records：行记录；
- Infimun + Supremum Records：头记录和尾记录；
- Free Space：空闲区域；
- Page Directory：页目录；
- Page Header：页头。
为了方便大家理解，我会按照上述含义的顺序详细分析每个部分的具体内容。
File Header
数据页头的存储内容如上图所示，各个参数含义以及占用空间大小如下：
- FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM：占用4字节，目前这个属性存储的是校验和（checksum值），古老版本存储的是表空间编号；
- FIL_PAGE_OFFSET：占用4个字节，存储页号；
- FIL_PAGE_PREV：占用4个字节，存储上一个页；虽然绝大部分的页都是连续的地址，但也有一部分不是，所以还是需要指针把所有页连起来；
- FIL_PAGE_NEXT：占用4个字节，存储下一个页；
- FIL_PAGE_LSN：占用8个字节，页被修改时对应的LSN；
- FIL_PAGE_TYPE：占用2个字节，页的类型；
- FIL_PAGE_FILE_FLUSH_LSN：占用8个字节，仅在系统表空间的第一个页中存储，代表文件至少被刷新到了哪个LSN；
- FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID：占用4个字节，归属的表空间编号。
根据上述参数的解释可以知道，一个innodb中最多有2的32次方个表，每个表最多能容纳2的32次方个页，存储数据的大小最多是64T，如果每个页的大小设置为4kb，最多存储的数据还会更少。
File Trailer
由于操作系统传输单于数据块通常是4kb，一个16kb的数据页会包含4个数据块，发生异常情况可能就会发生一个页仅传输了一部分数据块，此时一个页就是不完整的，这时就需要一个校验方法来检验一个页是否完整。而File Trailer就是用来进行校验数据页的完整性，它仅有一个属性FIL_PAGE_END_LSN占用8个字节，其中前4个字节代表这个页的checksum值，后4个字节与File Header中的FIL_PAGE_LSN的后4个字节相同，通过checksum函数来与File Header中的这两个值进行比较以此来保证数据页的完整性。默认每次读取磁盘都会进行页的完整性校验，可以通过设置innodb_checksums来关闭校验，在Mysql 5.6.6版本中可以通过innodb_checksum_algorithm来设置checksum函数的算法，默认是使用crc32。
User Records
每当有一条记录插入时都会从Free Space区域申请一定空间写入当前数据行，在innodb中有四种行格式默认为DYNAMIC，它除了存储真实的数据信息还会存储一些额外信息，结构如图：
- 变成字段长度列表：用来存储表结构中各个变长字段在该行中真实占用的长度；
- 空值列表：用来存储哪些字段是空值；
- deleted_flag：删除标识；
- n_owned：在页面中记录会被分成n组，每组最后一条记录会用这个字段记录该组有多少行，占用4个字节，规定每组最多8行，当该组再插入一个行会分裂成2个组；
- heap_no：标识当前记录在页面中的相对位置，占用13个字节；
- record_type：0:代表普通记录，1:代表B+树非叶子结点，2:Infimum记录，3:Supremum记录；
- next_record：表示下一条记录的相对位置。
Infimun + Supremum Records
每当创建一个新页时会自动创建2个行，一个最小行Infimun，一个最大行Supremum；它俩不存储任何信息，仅作为数据行链表的头和尾，其他用户行则根据主键大小从小到大连接起来。 如图所示：
Free Space
Free Space指的就是空闲空间，它也是一个链表数据结构，当页中的数据被删除（deleted_flag=1）后就会加入到空闲链表中。
Page Directory
通过上面可以看到在一个页中所有的行都是由链表连接起来，如果想查找一个数据从头节点遍历到尾节点时间复杂度为O(n)，这种性能是无法容忍的。此时innodb采用了页目录（Page Directory）来解决查询性能问题，它的思路就是把行分为多个组，每组最多8行数据（java语言中的一些三列表也是用8作为分割线，大家可以思考一下原因），使用一个槽目录来记录每组中最后一条记录的相对位置；由于用户行在链表中是顺序存储的，所以此时可以采用二分法时间复杂度O(logN)来查询目标数据行在哪个组中，再在组中进行遍历即可查询到具体数据。如图：
每个目录至少有两个槽，Infimun会单独占用一个槽，其他数据行超过8行就会分裂出来一个槽。
Page Header
前面所有的结构都了解了，剩下的这个Page Header理解起来就简单很多了，它主要是用来记录数据页的状态信息，由14个部分组成共需要56个字节，如图所示：
为了方便大家理解，每个部分我直接写了中文并标明了占用位置。
总结
本篇文章介绍了页，它是innodb对磁盘的最小管理单位，一个页中包含文件头、文件尾、行记录、头记录和尾记录、空闲区域、页目录、页头共7个部分，并且深度分析了每个部分的具体组成。
创作不易，觉得文章写得不错帮忙点个赞吧！如转载请标明出处～
