MySql存盤結構
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1.表空間
不同的存盤引擎在磁盤檔案上的結構均不一致,這里以InnoDB為例:
CREATE TABLE t(id int(11)) Engine = INNODB;
在新表創建的程序中,InnoDB會在磁盤的data目錄下創建與這個表對應的兩個檔案:t.frm、t.ibd,
- t.frm 存盤了表結構等資訊,檔案相對較小
- t.ibd 就是常說的”表空間“檔案,它用來存盤表的資料和索引,檔案大小取決于表中的資料量,
注意:只有在mysql5.7版本后才會為每個表生成一個ibd檔案,稱為獨立表空間,在此之前所有表的資料和索引都會存盤系統表空間中,系統表空間也被稱為共享表空間,即所有表共享一個物理表空間檔案,
在mysql8.0之后開始去掉了frm檔案,表結構定義默認內置到InnoDB的ibd檔案中
我們也可以通過全域引數 innodb file per table 來進行設定,
-- 查看每個表都創建表空間檔案狀態
SHOW VARIABLES LIKE 'innodb_file_per_table';
-- 開啟"每個表都創建表空間檔案功能"
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,在官方的的檔案中,獨立表空間相比于系統表空間,具有可壓縮,可傳輸等優勢,
2.頁
在ibd檔案中,最重要的結構體就是”頁“(Pages),即InnoDB中記憶體和磁盤互動的最小存盤單元,Mysql每次記憶體于磁盤互動資料,都會至少讀寫一個“頁”的大小,因此在磁盤中每個“頁”內部的地址都是連續的,
要查詢的資料很多情況下都是連續存在的,因此存在這樣的機制,只需在磁盤中讀取一段連續的資料放入記憶體(Buffer Pool),后續的查詢大概率可以直接從記憶體中找到,這樣就減少了磁盤的訪問次數,從而大大提升效率,這一段固定的連續的資料就被稱為“頁”,
頁的大小為固定的16KB,即使沒有資料也會占用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型別的“頁”,一共有12種頁型別,但無論什么型別的頁均會包含“頁頭”(File Header)和“頁尾”(File Trailer),在頁頭和頁尾之間的頁的“主體資訊”會根據不同的頁型別由不同的結構,
最為常用的就是用來存盤資料和索引的“索引頁”,它的主體資訊會使用資料“行”進行填充,
-- 查看某表的行型別
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,內部主要包括表里某一行的真實資料和一些額外資訊,
3.區
Mysql所有的表資料都會通過“行”、“頁”的方式存盤在磁盤中,但是每一個頁只有16KB,當要存盤的資料和讀寫量暴增時,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,那多份資料在磁盤中就很有可能不在同一個磁道,為了讀取資料,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,
需要盡可能在磁道上讀取連續的資料,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資料,大概率都在附近的地址,減少了磁頭移動,提高了效率,
于此同時,如果頻繁地讀取某個“區”內的”頁“,Mysql就會將這個區中的所有資料讀取出來,放入記憶體中,減少后續查詢對磁盤的訪問次數,
當然,在程式員創建新表時,由于不知道表未來的資料大小,為了不至于一次性占用過大的磁盤空間而導致浪費,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,
當然在mysql 8.0版本后初次會創建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,決議了這6個頁后可以看到它們各有不同,其中后兩個頁為空閑頁,即可用頁,前4個頁分別記錄了表空間和區組條目資訊、Change buffer相關資訊、段資訊、索引根資訊
當要存盤的資料越來越多,6個初始“頁”空間不夠用的時候,就需要一個一個地新增“頁”來滿足存盤需求,當構建了32個零散”頁“之后,后續每次都會直接申請完整的”區“來存盤更多的資料,
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資訊,Change buffer資訊,即Extent Descriptor(XDES)、Insert Buffer Bitmap
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,并不對應表空間中連續的物理區域,可以看成區、頁的一個附加的標注資訊,
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”存盤和管理索引樹,“葉子節點段”存盤和管理實際資料,
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檔案,
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