关系型数据库MySQL之InnoDB体系布局

吃饱了确实不饿

一、InnoDB 体系布局



InnoDB 存储引擎是 MySQL 5.5 版本后的默认存储引擎，支持事件 ACID，回滚，体系瓦解规复本领及多版本并发控制的事件安全，重要用于 OLTP 数据库业务场景；支持自增长列（auto_increment）；支持外键束缚（foreign key）；支持 MVCC 的行级锁；利用 Btree 索引；假如你还没有看到前面一文先容 MySQL 体系布局，那么保举戳此检察[MySQL 体系布局详解]，先容完 MySQL 体系布局，下面来一起学习 InnoDB 体系布局。
 
下图为 MySQL 5.7 官方手册下 InnoDB 体系布局，详情可见官方手册。
 

                            
InnoDB存储引擎重要包罗多个内存池以及背景线程。
 
内存池
 
内存池由 Buffer Pool 包罗（undopage、Change buffer page、AdaptiveHash Index、Lock info、datadictionary），Double write Buffer，Additional Memory pool、Redo Log Buffer 构成，重要维护历程/线程的内部数据、缓存磁盘数据，修改文件前先在内存中修改；
 
MySQL5.7 官方文档中关于 InnoDB 存储引擎的体系布局解说包罗：

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Buffer PoolChange BufferAdaptive Hash IndexRedo Log BufferSystem TablespaceInnoDB DataDictionaryDoublewrite BufferUndo LogsFile-Per-TableTablespacesGeneral TablespacesUndo TablespaceTemporary TablespaceRedo Log 

共享表空间和独立表空间
 

InnoDB 有表空间的概念，包罗共享表空间和独立表空间（独立表空间的模式中也要有体系表空间 ibdata1，来用于存储内部的数据字典、Undo日记等，通过 InnoDB_file_per_table 参数设置启用独立表空间），默认独立表空间模式下会在数据目次下创建 tablename.ibd、tablename.frm 文件，但假如单表增长过快如许就很轻易出现性能题目。共享表空间的数据和文件放在一起方便管理，但共享表空间无法在线接纳空间，若想要接纳必要将全部的 InnoDB 表中的数据备份、删除原表，然后再把数据倒回到原表布局一样的新表中。

 
暂时表空间和通用表空间
 

MySQL 5.7 把暂时表的数据从体系表空间中抽离出来，形成本身的独立的表空间参数innodb_temp_data_file_path, 而且把暂时表的相干检索信息生存在体系信息表的 information_schema 库下的 innodb_temp_table_info 表中。但现在还不能界说暂时表空间文件的存放路径，只能和 innodb_data_home_dir 同等。暂时表空间定名为 ibtmp1,默认巨细为 12 M。

通用表空间就是将多个表放置在同一个表空间中，可以根据 活泼度来分别表，存在差别的磁盘上，可淘汰 metadata 的存储开销，但很少在生产情况中利用。
 
redo
 
InnoDB 支持记载 Redo文件，记载对全部页面的修改（页面物理布局的变动）操纵，可以通过相干的参数举行自界说设置 Redo文件存储路径。
 
undo
 
InnoDB 支持记载 Undo 文件，记载数据修改前的备份，存储在共享表空间中。用户包管事件的原子性（规复）和实现 MVCC 多版本并发控制，辅助完成事件的长期化（Undo 信息会长期化）。可通过相干参数举行自界说设置。
 
更改缓冲
 
更改缓冲（change buffer），基于聚集索引的操纵是次序的，不会造成数据库随机读取，但修改非聚集索引时就会产生大量的随机读写。当修改非聚集索引的数据时，修改操纵并非及时更新索引的叶子页,而是把多少对同一页面的更新缓存起来做归并（merge）将一次性更新操纵,转化随机 IO 为次序 IO ,如许可以制止随机 IO 带来性能消耗，进步数据库的写性能。
 
两次写
 

两次写（double write），（重做日记记载的是页的物理操纵，假如页自己破坏，对其重做就没故意义了，在应用重做日记前，必要一个页的副本。

先通过页的副本还原该页，再应用重做日记举行规复）当 MySQL 将脏数据 flush 到 data file 的时间，先利用memcopy 将脏数据复制到内存中的double write buffer,之后通过double wirte buffer 再分 2 次，每次写入 1M 到共享表空间，然后立刻调用 fsync 函数，同步到磁盘上；

将数据页（page）加载到内存（InnoDB buffer）->更新数据产生脏页（dirty page）->利用 memcopy 将脏数据复制到内存中的double write buffer（size=2M）->double wirte buffer 再分2次，每次写入1 M 到共享表空间（ibdata 文件）->调用 fsync 函数，同步到磁盘；

利用memcopy将脏数据复制到内存中的double write buffer（size=2M）->double wirte buffer 再分 2 次，每次写入  1M 到共享表空间（ibdata 文件）就是 double 的过程。

 
自顺应 hash 索引
 

自顺应 hash 索引（adaptive hash index）,InnoDB 会监控表上索引的查找环境，假如通过创建 Hash 索引能带来性能的提拔，则会主动创建 hash 索引，该过程只能由MySQL Server 自行控制，无法人工干预且只实用于等值索引查询；从 MySQL 5.7.8 开始，自顺应哈希索引搜刮体系是分区的，每个索引都会绑定到一个特别的分区上面，且各个分区都有本身的锁存器来举行掩护。

 

分区可以通过 InnoDB_adaptive_hash_index_parts 参数来控制，该参数的默认值为 8  个，最大可设置为 512。通过设置分区值，可以低落争用，进步并发性。还可以通过下令 SHOW ENGINE INNODB STATUS  所输出的 SEMAPHORES 部门来监控自顺应哈希索引的利用及其竞争环境。假如你看到很多线程正在等候一个在 btr0sea.c 中创建的 RW-latch，则它大概被用于禁用自顺应哈希索引。

背景线程
 

背景线程包罗（Mater Thread、IOThread、Lock Monitor Thread、ErrorMonitor Thread、Purge Thread、PageCleaner Thread）革新内存池中的过程数据，管理维护 InnoDB 存储引擎正常工作。

 
InnoDB 重要的背景线程如下图。
 

Master Thread 是一个非常焦点的背景线程，重要负责将缓冲池中的数据异步革新到磁盘，包管数据的同等性，包罗：脏页（dirty page）的革新、归并插入缓冲（insert buffer merge）、回滚页接纳（undo purge）等。innodb_max_dirty_pages_pct 脏页刷盘的设置参数，新版默认 75。

二、InnoDB 表逻辑布局



InnoDB 逻辑存储单位重要分为表空间、段、区和页，层级关系为tablespace——>segment——>extent(64 个 page, 1MB )——>page（默认 16K）。

表空间
 

表空间是 InnoDB 存储引擎逻辑布局的最高层，全部的数据都是存储在表空间中的，表空间又可以分为体系表空间、独立表空间。MySQL 5.7 之后从体系表空间中抽离出来了暂时表空间（temporarytablespace）、通用表空间(general tablespace)。

 
段
 
段，表空间是由段构成可以把表明白为一个段，又数据段，索引段，回滚段等。每个段又由 N 个区和 32 个零星的页构成，段空间扩展是以区为单元举行扩展的。
 
区
 
区，由 64 个一连的页构成，是物理上一连分配的一段空间，每个区固定巨细 1MB。
 
页
 
页，InnoDB 的最小物理存储分配单元是 page,每个页 16KB 且不能修改，数据页，索引页，体系页等。
 
行
 
行，页内里记载着行记载的信息， InnoDB 存储引擎是面向行的，也就是数据是按行存储的，每页最多答应存放 7992 行数据。
 
行记载格式：
 
InnoDB 存储引擎有两种文件格式，一种叫 Antelope,另一种叫 Barracuda。在 Antelope 文件格式下，有 compact 和 redundant 两种行记载格式，而在 Barracuda 文件格式下，有 compressed 和 dynamic 两种行记载格式。


对于 Compact，不管是 char 型照旧 varcha r型，null 型都是不占用存储空间的；对于Redundant,varchar 的 null 不占用空间，char 的 nul l型是占用存储空间的。


Varchar 范例的长度是 65535 ,但现实一样平常除开其他开销大概 65530 左右，同时这个限定是一整行数据的长度。
 

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CREATE TABLE IF NOT EXISTStbl_varchar(a varchar(22000), b varchar(22000), c varchar(22000))charset=latin1 engine=innodb;   #会报错，由于一行总长大于了65535 

数据页布局
 
File Header(文件头)：记载页的头信息，固定长度 38 字节；


Page Header(页头)：记载页的状态信息，固定长度 65 字节；


Infimum+SupremumRecords：两个假造的行记载，用于限定记载的界限；


User Records：用户记载，现实记载的内容，InnoDB 接纳 B+ 树索引构造存储表；


Free Space：空闲空间，链表数据布局，记载删除后会被参加空闲空间；


Page Director：页目次，存放记载的相对位置，B+ 索引不能找到详细的一条记载，只能找到该记载地点的页，数据库把页载入内存，再通过 PageDirector 查找详细记载行；


File Trailer：文件末端信息，固定长度 8 字节；

三、内存布局

MySQL 的内存布局和 Oracle 内存布局相似，也可分为 SGA（体系全局区）和 PGA（体系全局区），数据库的内存参数设置可以利用 [show variables like ‘%buffer%’] 下令检察。

 

内存重要由以下部门构成，由于篇幅详细每个功能临时不做先容，后期有时机在说。

留意：temp_table_size 和 max_heap_table_size 巨细设置成同等，假如不同等，则会按照最小的来起作用，但也不要太小，否则会报错。

四、SQL 查询全过程

如下图所示，SQL 查询效果的全过程。

查询缓存

，判定 SQL 语句是否完全匹配，再判定是否有权限，两个判定为假则到剖析器剖析语句，为真则提取数据效果返回给用户；

剖析器剖析：剖析器先词法分析，语法分析，查抄错误好比引号有没闭合等，然后天生剖析树；

预处置惩罚：预处置惩罚办理剖析器无法决解的语义，如查抄表和列是否存在，别名是否有错，天生新的剖析树；

优化器做大量的优化操纵；天生实行筹划；

查询实行引擎，负责调理存储引擎获取相应数据；返回效果。

 

参考资料


http://my.oschina.net/peakfang/blog/2240253

http://dev.mysql.com/doc/refman/5.7/en/innodb-storage-engine.html
张甦 著 《MySQL王者晋级之路》
注：全文均参考以上资料，如侵权接洽可实时删除，若想获取更多，可访问以上链接。

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