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MySQL之InnoDB存儲(chǔ)頁(yè)的獨(dú)立表空間解讀

 更新時(shí)間：2025年06月26日 15:34:47   作者：在成都搬磚的鴨鴨  
這篇文章主要介紹了MySQL之InnoDB存儲(chǔ)頁(yè)的獨(dú)立表空間,具有很好的參考價(jià)值,希望對(duì)大家有所幫助,如有錯(cuò)誤或未考慮完全的地方,望不吝賜教

1、背景

我們往一張表里插入的行數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在頁(yè)上的，一張頁(yè)的大小為16KB，數(shù)據(jù)量大的時(shí)候一張頁(yè)不可能存儲(chǔ)完一張表里的所有數(shù)據(jù)，所以需要多張頁(yè)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)，這多張頁(yè)所在的存儲(chǔ)空間就叫表空間，表空間分為系統(tǒng)表空間和獨(dú)立表空間，接下來(lái)就講一下獨(dú)立表空間上是如何存儲(chǔ)頁(yè)的。

2、獨(dú)立表空間

【1】表空間大小

之前講過(guò)頁(yè)的組成，我們?cè)賮?lái)看一下頁(yè)的通用部分File Header(38字節(jié)大小)的組成：

名稱字節(jié)大小含義
FIL_PAGE_SPACE_OR_CHKSUM4頁(yè)的校驗(yàn)和
FIL_PAGE_OFFSET4頁(yè)號(hào)
FIL_PAGE_PREV4上一頁(yè)
FIL_PAGE_NEXT4下一頁(yè)
FIL_PAGE_LSN8頁(yè)最后被修改時(shí)對(duì)應(yīng)的日志序列位置
FIL_PAGE_TYPE2頁(yè)類型
FIL_PAGE_FILE_FLUSH_LSN8僅在系統(tǒng)表空間的一個(gè)頁(yè)中定義，代表文件執(zhí)行被刷新到了對(duì)應(yīng)的LSN值
FIL_PAGE_ARCH_LOG_NO_OR_SPACE_ID4頁(yè)屬于哪個(gè)表空間

File Header里的頁(yè)號(hào)由4字節(jié)組成，也就是32位，所以一個(gè)表空間最多能存儲(chǔ)232個(gè)頁(yè)，每個(gè)頁(yè)按照16KB的大小來(lái)算，一個(gè)表空間最多可以存儲(chǔ)64TB的大小的數(shù)據(jù)

【2】區(qū)

表空間里每連續(xù)64個(gè)頁(yè)組成一個(gè)區(qū)，一個(gè)頁(yè)按16KB大小來(lái)算，一個(gè)區(qū)的大小就為64*16KB=1MB，如下圖表示：

在這里插入圖片描述

【3】組

表空間上連續(xù)256個(gè)區(qū)就為一個(gè)組，區(qū)0到區(qū)255就為第一個(gè)組，區(qū)256到區(qū)511就為第二個(gè)組，剩下的以此內(nèi)推，需要注意的是，第一個(gè)組的前三個(gè)頁(yè)的類型是固定，其它組的前兩個(gè)頁(yè)類型是固定的，在講這些頁(yè)之前我們先看一下頁(yè)的類型有幾種：

類型含義
FIL_PAGE_UNDO_LOGUndo日志頁(yè)
FIL_PAGE_INODE段信息節(jié)點(diǎn)
FIL_PAGE_IBUF_FREE_LISTInsert Buffer空閑列表
FIL_PAGE_IBUF_BITMAPInsert Buffer位圖
FIL_PAGE_TYPE_SYS系統(tǒng)頁(yè)
FIL_PAGE_TYPE_TRX_SYS事務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)
FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR表空間頭部信息
FIL_PAGE_TYPE_XDES擴(kuò)展描述頁(yè)
FIL_PAGE_TYPE_BLOBBLOB頁(yè)

再看組的表結(jié)構(gòu)圖，如下圖：

在這里插入圖片描述

【4】段

一個(gè)索引有葉子節(jié)點(diǎn)和非葉子節(jié)點(diǎn)，存放葉子節(jié)點(diǎn)所在區(qū)的集合就叫葉子段，存放非葉子節(jié)點(diǎn)所在區(qū)的集合就叫非葉子段，一個(gè)索引有兩個(gè)段。

【5】區(qū)的類型

段就是索引中葉子節(jié)點(diǎn)和非葉子節(jié)點(diǎn)所在區(qū)的集合，一個(gè)索引兩個(gè)段，一個(gè)區(qū)64個(gè)頁(yè)，數(shù)據(jù)量小的時(shí)候用一個(gè)區(qū)來(lái)作為存儲(chǔ)單位十分浪費(fèi)空間，所以就有了碎片區(qū)的概念，在數(shù)據(jù)量小的時(shí)候段就以碎片區(qū)中的頁(yè)為單位來(lái)分配空間，數(shù)據(jù)量大的時(shí)候就以區(qū)為單位來(lái)分配存儲(chǔ)空間，碎片區(qū)不屬于任何段，并且碎片區(qū)里的頁(yè)可以存儲(chǔ)多個(gè)索引的數(shù)據(jù)，區(qū)的類型有如下幾種：

區(qū)類型含義
FREE屬于表空間，區(qū)中的頁(yè)都沒被使用
FREE_FRAG屬于表空間，有可用頁(yè)的碎片區(qū)
FULL_FRAG無(wú)可用頁(yè)的碎片區(qū)
FSEG屬于某個(gè)段的區(qū)

【6】XDES Entry區(qū)結(jié)構(gòu)

InnoDB中每一個(gè)區(qū)都對(duì)應(yīng)一個(gè)XDES Entry結(jié)構(gòu)，其組成圖如下：

在這里插入圖片描述

XDES Entry結(jié)構(gòu)字段含義如下：

XDES Entry字節(jié)大小含義
Segment ID8段的唯一編號(hào)，只有FSEG類型的區(qū)此字段才有用
List Node12指向上一個(gè)和下一個(gè)XDES Entry結(jié)構(gòu)
State4FREE、FREE_FRAG、FULL_FRAG、FSEG四種區(qū)類型
Page State Bitmap1616字節(jié)對(duì)應(yīng)的128比特位，其中每2個(gè)比特位對(duì)應(yīng)一個(gè)區(qū)64個(gè)頁(yè)中的一個(gè)頁(yè)，2個(gè)比特位中第一個(gè)比特位代表該頁(yè)是否被使用

List Node結(jié)構(gòu)字段含義如下：

List Node字節(jié)大小含義
Prev Node Page Number4上一個(gè)XDES Entry結(jié)構(gòu)所在的頁(yè)
Prev Node Offset2上一個(gè)XDES Entry結(jié)構(gòu)頁(yè)內(nèi)偏移量
Next Node Page Number4下一個(gè)XDES Entry結(jié)構(gòu)所在的頁(yè)
Next Node Offset2下一個(gè)XDES Entry結(jié)構(gòu)頁(yè)內(nèi)偏移量

【7】XDES Entry鏈表

在數(shù)據(jù)量比較小的時(shí)候，段是以碎片區(qū)中的頁(yè)為單位來(lái)分配存儲(chǔ)空間的，插入數(shù)據(jù)方式如下：

  • 1、查找表空間中狀態(tài)為FREE_FRAG的區(qū)，找到了就取出零碎的頁(yè)把數(shù)據(jù)插進(jìn)去，
  • 2、沒找到就申請(qǐng)一個(gè)狀態(tài)為FREE的區(qū)，將狀態(tài)變?yōu)镕REE_FRAG，再取出零碎的頁(yè)將數(shù)據(jù)插入進(jìn)去，
  • 3、之后再插入數(shù)據(jù)當(dāng)沒有零碎的頁(yè)可用時(shí)狀態(tài)就變?yōu)镕ULL_FRAG。

快速查找這3個(gè)類型的區(qū)通過(guò)3個(gè)鏈表來(lái)查找，這3個(gè)鏈表是屬于表空間獨(dú)有的，3個(gè)鏈表如下：

鏈表含義
FREE鏈表FREE狀態(tài)的區(qū)對(duì)應(yīng)的XDES Entry結(jié)構(gòu)通過(guò)List Node組成的鏈表
FREE_FRAG鏈表FREE_FRAG狀態(tài)的區(qū)對(duì)應(yīng)的XDES Entry結(jié)構(gòu)通過(guò)List Node組成的鏈表
FULL_FRAG鏈表FULL_FRAG狀態(tài)的區(qū)對(duì)應(yīng)的XDES Entry結(jié)構(gòu)通過(guò)List Node組成的鏈表

當(dāng)一個(gè)段中的數(shù)據(jù)超過(guò)32個(gè)零碎的頁(yè)之后，就以區(qū)為單位來(lái)分配存儲(chǔ)空間了，此時(shí)每個(gè)段都涉及3個(gè)鏈表，注意每個(gè)段都有3個(gè)鏈表，3個(gè)鏈表如下：

鏈表含義
FREE鏈表同一個(gè)段中所有頁(yè)都是空閑的區(qū)對(duì)應(yīng)的XDES Entry結(jié)構(gòu)組成一個(gè)鏈表
NOT_FULL鏈表同一個(gè)段中有空閑頁(yè)的區(qū)對(duì)應(yīng)的XDES Entry結(jié)構(gòu)組成一個(gè)鏈表
FULL鏈表同一個(gè)段中沒有有空閑頁(yè)的區(qū)對(duì)應(yīng)的XDES Entry結(jié)構(gòu)組成一個(gè)鏈表

【8】XDES Entry鏈表基節(jié)點(diǎn)

為了快速找到XDES Entry鏈表的頭和尾，InnoDB中設(shè)計(jì)了鏈表基節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)List Base Node，其結(jié)構(gòu)圖如下：

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【9】INODE Entry段結(jié)構(gòu)

段也有一個(gè)對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)INODE Entry，其結(jié)構(gòu)如圖：

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INODE Entry結(jié)構(gòu)字段含義如下：

INODE Entry字節(jié)大小含義
Segment Id8段的唯一id
NOT_FULL_N_USED4NOT_FULL鏈表中已經(jīng)使用了的頁(yè)數(shù)
List Base Node For FREE List16對(duì)應(yīng)段中的FREE鏈表
List Base Node For NOT_FULL List16對(duì)應(yīng)段中的NOT_FULL鏈表
List Base Node For FULLList16對(duì)應(yīng)段中的FULL鏈表
Magic Number4INODE Entry是否被初始化
Fragment Array Entry4零碎頁(yè)頁(yè)號(hào)，總共32個(gè)

【10】FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR頁(yè)類型

表空間第一個(gè)組中第一個(gè)頁(yè)的類型為FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR，結(jié)構(gòu)如下：

在這里插入圖片描述

FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR字段解釋：

字段字節(jié)大小含義
File Header38頁(yè)的通用信息
FIle Space Header112表空間的一些整體屬性
XDES Entry10240256個(gè)區(qū)信息
Empty Space5986未使用的空間
File Trailer8校驗(yàn)頁(yè)是否完整

File Space Header結(jié)構(gòu)字段解釋：

字段字節(jié)大小含義
Space ID4表空間ID
Not Used4未使用
Size4表空間占有的頁(yè)數(shù)
FREE Limit4未被初始化的最小頁(yè)號(hào)，大于等于此頁(yè)號(hào)對(duì)應(yīng)的區(qū)的XDES Entry結(jié)構(gòu)都沒被加入FREE鏈表
Space Flags4存儲(chǔ)占用空間比較小的屬性
FRAG_N_USED4FREE_FRAG鏈表中已使用的頁(yè)數(shù)量
List Base Node for FREE List16FREE鏈表基節(jié)點(diǎn)
List Base Node for FREE_FRAG List16FREE_FRAG鏈表的基節(jié)點(diǎn)
List Base Node for FULL_FRAG List16FULL_FREG鏈表的基節(jié)點(diǎn)
Next Unused Segment ID8表空間中下一個(gè)未使用的段ID
List Base Node for SEG_INODES_FULL List16SEG_INODES_FULL鏈表的基節(jié)點(diǎn)
List Base Node for SEG_INODES_FREE List16SEG_INODES_FREE鏈表的基節(jié)點(diǎn)

【11】FIL_PAGE_IBUF_BITMAP頁(yè)類型

表空間所有組的第二個(gè)頁(yè)的類型為FIL_PAGE_IBUF_BITMAP，用于InnoDB存儲(chǔ)引擎中事務(wù)日志緩沖區(qū)，與插入緩沖有關(guān)，后面再講。

【12】FIL_PAGE_INODE頁(yè)類型

第一組第三個(gè)頁(yè)類型就為FIL_PAGE_INODE，用于存儲(chǔ)段結(jié)構(gòu)INODE Entry，其頁(yè)結(jié)果如圖：

在這里插入圖片描述

FIL_PAGE_INODE頁(yè)類型字段解釋如下：

字段名字節(jié)大小含義
File Header38頁(yè)的通用信息
List Node for INODE Page List12存儲(chǔ)上一個(gè)INODE頁(yè)和下一個(gè)INODE頁(yè)
INODE Entry16128段信息，可以存儲(chǔ)85個(gè)
Empty Space6未使用的空間
File Trailer8校驗(yàn)頁(yè)是否完整

可以看到一個(gè)FIL_PAGE_INODE類型的頁(yè)最多存儲(chǔ)85個(gè)INODE Entry段結(jié)構(gòu)，如果超過(guò)85個(gè)，就需要申請(qǐng)其它FIL_PAGE_INODE類型的頁(yè)來(lái)進(jìn)行存儲(chǔ)了，所有FIL_PAGE_INODE類型的頁(yè)會(huì)組成兩個(gè)鏈表，這兩個(gè)鏈表存儲(chǔ)在FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR類型頁(yè)的File Space Header結(jié)構(gòu)里，鏈表如下：

鏈表含義
SEG_INODES_FULL鏈表FIL_PAGE_INODE類型的頁(yè)中沒有空閑空間來(lái)存儲(chǔ)INODE Entry段結(jié)構(gòu)
SEG_INODES_FREE鏈表FIL_PAGE_INODE類型的頁(yè)中有空閑空間來(lái)存儲(chǔ)INODE Entry段結(jié)構(gòu)

存儲(chǔ)一個(gè)INODE Entry結(jié)構(gòu)的過(guò)程如下：

  • 1、從SEG_INODES_FULL鏈表中取出一個(gè)頁(yè)去存儲(chǔ)INODE Entry段結(jié)構(gòu)，
  • 2、如果頁(yè)上的INODE Entry段機(jī)構(gòu)存儲(chǔ)滿了就放入SEG_INODES_FREE鏈表，
  • 3、如果SEG_INODES_FULL鏈表為空，就從表空間所屬的FREE_FRAG鏈表中取出一個(gè)零碎頁(yè)，修改其類型為FIL_PAGE_INODE，再放入SEG_INODES_FULL鏈表中。

【13】FIL_PAGE_TYPE_XDES頁(yè)類型

表空間第一個(gè)組之外的其它組的第一個(gè)頁(yè)類型為FIL_PAGE_TYPE_XDES，和FIL_PAGE_TYPE_FSP_HDR頁(yè)類型差不多，相比少了一些其它屬性，其結(jié)構(gòu)圖如下：

在這里插入圖片描述

【14】索引關(guān)聯(lián)INODE Entry段結(jié)構(gòu)

一個(gè)索引有兩個(gè)段，它們之間是這樣關(guān)聯(lián)起來(lái)的，數(shù)據(jù)頁(yè)組成的頁(yè)類型中有兩個(gè)字段如下：

字段字節(jié)大小含義
PAGE_BTR_SEG_LEAF10B+樹葉子段的頭部信息，只在B+樹的根頁(yè)定義
PAGE_BTR_SEG_TOP10B+樹非葉子段的頭部信息，只在B+樹的根頁(yè)定義

這兩個(gè)字段各對(duì)應(yīng)一個(gè)Segment Header結(jié)構(gòu)如下：

Segment Header字段字節(jié)大小含義
SpaceID ofthe INODE Entry4INODE Entry結(jié)構(gòu)所在的表空間ID
Page Number of the INODE Entry4INODE Entry結(jié)構(gòu)所在頁(yè)號(hào)
Byte Offset of the INODE Ent2INODE Entry結(jié)構(gòu)在頁(yè)中偏移量

通過(guò)Segment Header就能很方便找到索引對(duì)應(yīng)的INODE Entry段結(jié)構(gòu)，并且只需要在B+樹的根節(jié)點(diǎn)中定義這兩字段。

3、總結(jié)

本文主要講解獨(dú)立表空間的組成部分，涉及到頁(yè)、區(qū)、組還有各種結(jié)構(gòu)等，后續(xù)可以再講解系統(tǒng)表空間的組成，和獨(dú)立表空間類似。

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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