①. 页的概述、大小
- ①. 数据库的存储结构：页
- 索引结构给我们提供了高效的索引方式,不过索引信息以及数据记录都是保存在文件上的,确切来说是存储在页结构中。另一方面,索引是在存储引擎中实现的,MySQL服务器上的存储引擎负责对表中数据的读取和写入工作。不同的存储引擎中存放的格式一般是不同的,甚至有的存储引擎Memory都不用磁盘来存储数据
- 由于InnoDB是MySQL的默认存储引擎,所以本章节讲解InnoDB存储引擎的数据存储结构
- ②. 磁盘与内存交互的基本单位:页
- InnoDB将数据划分为若干个页,InnoDB中页的默认大小为16KB
- 以页作为磁盘和内存之间交互的基本单位,也就是一次最少从磁盘中读取16KB的内容到内存中,一次最少把16KB的内容刷新到磁盘中
- 在数据库中,不论读一行,还是读多行,都是将这些行所在的页进行加载。也就是说数据库管理存储空间的基本单位是页,数据库I/O操作的最小单位也是页。一个页中可以存储多个行记录
- ③. 页结构概述
- 页a、页b、页c,这些页可以不在物理结构上相连,只要通过双向链表相关联即可
- 每个数据页中的记录会按照主键值从小到大的顺序组成一个单向链表,每个数据页都会为存储在它里边的记录生成一个页目录
- 在通过主键查找某条记录的时候可以在页目录中使用二分法快速定位到对应的槽
- ④. 页的大小
不同数据库管理系统的页大小不同,MySQL的InnoDB存储引擎中,默认的页大小是16KB
SQL Server中页的大小为8kb,而在Oracle中我们用术语"块"来代表页,Oracke支持的块大小为2kb、4kb、8kb、16kb、32kb、64kb
mysql> show variables like '%innodb_page_size%';
+------------------+-------+
| Variable_name | Value |
+------------------+-------+
| innodb_page_size | 16384 |
+------------------+-------+
- ⑤. 页的上层结构,在数据库中还存在着区、段、和表空间的概念
- 区(Extent)是比页大一级的存储结构,在InnoDB存储引擎中,一个区会分配64个连续的页。因为InnoDB中的页大小默认是16KB,所以一个区的大小是64 * 16KB = 1MB
- 段(Segment)由一个或多个区组成,区在文件系统是一个连续分配的空间(在InnoDB中是连续的64个页),不过在段中不要求区与区之间是相邻的。段是数据库中分配单位,不同类型数据库对象以不同的段形式存在。当我们创建数据表、索引的时候,就会响应创建对应的段,比如创建一张表时会创建一个表段,创建一个索引时会创建一个索引段
- 表空间(Tablespace)是一个逻辑容器,表空间储存的对象是段,在一个表空间中可以有一个或多个段,但是一个段只能属于一个表空间。数据库由一个或多个表空间组成,表空间从管理上可以划分为系统表空间、用户表空间、撤销表空间、临时表空间等
②. 页的内部结构
①. 页按照类型划分,常见的有数据页(保存B+树节点)、系统页、Undo页和事务数据页等。数据页是我们最常使用的页
②. 数据页16KB大小的存储空间被划分为七个部分,分别是文件头、页头、最大最小记录、用户记录、空闲空间、页目录和文件尾,如下图所示：
需要图片
③. 第一部分 - 文件头
①. File Header:描述各种页的通用信息。比如页的编号、其上一页、下一页是谁等、大小为38字节
②. File Header文件头部具体构成
图片③. FIL_PAGE_OFFSET:每一个页都有一个单独的页号,就跟你的身份证号码一样,InnoDB通过页号可以唯一定位一个页
④. FIL_PAGE_TYPE:代表当前页的类型
表格展示⑤. FIL_PAGE_PREV和FIL_PAGE_NEXT
InnoDB都是以页为单位存放数据的,如果数据分散到多个不连续的页中存储的话需要把这些页关联起来,FIL_PAGE_PREV和FIL_PAGE_NEXT就分别代表本页的上一个和下一个页的页号。这样通过建立一个双向链表把许许多多的页就都串联起来了,保证这些页之间不需要是物理上的连续,而是逻辑上的连续⑥. FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM:代表当前页面的校验和checksum
- 文件头部和文件尾部都有属性：FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM
- 什么是校验和？对于一个很长的字节串来说,我们会通过某种算法来计算一个比较短的值来代表这个很长的字节串,这个比较短的值就称为校验和
- 在比较两个很长的字节串之前,先比较这两个长字节串的校验和,如果校验和都不一样,则两个长字节串肯定是不同的,所以省去了直接比较两个比较长的字节串的时间损耗
- ⑦. 校验和的作用
- InnoDB存储引擎以页为单位把数据加载到内存中处理,如果该页中的数据在内存中被修改了,那么在修改后的某个时间需要把数据同步到磁盘中。但是在同步了一半的时候断电了,造成了该页传输的不完整
- 为了检测一个页是否完整也就是在同步的时候有没有发生只同步一半的尴尬情况,这时可以通过文件尾的校验和checksum 值与文件头的校验和做比对,如果两个值不相等则证明页的传输有问题,需要重新进行传输,否则认为页的传输已经完成
- ⑧. 校验和举例子
- 每当一个页面在内存中修改了,在同步之前就要把它的校验和算出来,因为File Header在页面的前边,所以校验和会被首先同步到磁盘,当完全写完时,校验和也会被写到页的尾部,如果完全同步成功,则页的首部和尾部的校验和应该是一致的
- 如果写了一半儿断电了,那么在File Header中的校验和就代表着已经修改过的页,而在File Trailer中的校验和代表着原先的页,二者不同则意味着同步中间出了错。这里,校验方式就是采用 Hash 算法进行校验
- ⑨. FIL_PAGE_LSN:页面被最后修改时对应的日志序列位置英文名是：Log Sequence Number
④. 第一部分 - 文件尾
- ①. 大小8字节
- 前4个字节代表页的校验和：这个部分是和File Header中的校验和相对应的
- 后4个字节代表页面被最后修改时对应的日志序列位置LSN：这个部分也是为了校验页的完整性的,如果首部和尾部的LSN值校验不成功的话,就说明同步过程出现了问题
- ②. 文件头部和文件尾部都有属性：FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM
