mysql之InnoDB 文件系统之文件物理结构新解

以自己能快速理解的方式重新梳理了innodb引擎的物理文件结构，从静态和动态的两种视角去
理解文件结构，增强对innodb引擎的运行的了解。

静态视角,首先从文件读取的角度考虑整个文件的组织形式和存储结构，以便于能够顺利的解析innodb的ibd文件
动态视角,数据库文件是为数据库管理系统和数据库实例运行而服务的，在了解B+树原理的01基础上，深刻理解数据在数据库中增加以后，是如何在数据库中存储，以及数据是如何落地的，既要保证数据存储的灵活性，又要保证数据库查询的性能。

1. 了解mysql的架构视图

了解mysql的架构视图如下图，有助于了解innodb引擎的几种物理文件组成，一共四种:

一种是系统共享的表空间ibdata1
一种是各个数据库的表空间,一个数据库一个t.ibd文件
第三种是undo表空间,在mysql中通常被叫做rollback segment
第四种是redo日志文件

2. innodb的一页(pages)

2.1 innodb的基本管理单位是页

这个让我联想到的操作系统的段页式管理,在操作系统中物理内存也被分成一页一页的,而一个进程的虚拟页可以分配到任意一页未使用的物理页上，这样就能充分使用物理内存;到数据库系统中，基本的管理单位也是页，也就是磁盘文件也分成一页一页的，每页的大小默认是16K,这个值的大小可以通过innodb_page_size参数来更改,innodb的页有不同的作用，枚举定义在fil0fil.h中(FIL_PAGE_TYPE);

2.2 磁盘文件内部数据的组织通过页号和页内偏移

数据库中表的行记录就保存在其中的某一页中，因此当数据发生变化时，数据落地的一定是某一些pages,查询时就是将某些匹配的记录页加载到内存中;其次页号也是用来组织数据结构的依据,相比内存中的指针来说,磁盘文件内部数据的组织通过页号和页内偏移,可以作为文件的偏移量而找到文件中的数据,加载到内存中.(类似链表中的指针)

2.3 这里引申了一个问题,一个表空间的最大容量是多少？

(The astute may remember that InnoDB has a limit of 64TiB of data; this is actually a limit per space, and is due primarily to the page number being a 32-bit integer combined with the default page size: $ 2^32 x 16 KiB = 64 $ TiB.)
因为页号的最大值是32位的,一页的大小为16K,所以一个表空间的最大容量限制在64T

3. innodb的ibd文件静态视图

什么是静态视图,我想你可以这样理解，就是数据库关掉以后数据库的ibd文件的物理结构，从解析ibd文件的视角来看文件结构,以便区分在数据库运行过程中文件里数据的内在逻辑结构。
表空间文件结构图如下图,磁盘空间按照16K为一页进行划分,在ibd文件中第一页(第一个16K)里始终是FSP_HDR页,大概的英文意思是file space header;然后是每256M会建立一个XDES页

其中innodb的系统表空间ibdata1和为每张表建立的表空间IBD为上图的特例;

3.1 innodb引擎有一个默认的系统表空间,结构如下图:

当配置文件中配置

1	innodb_file_per_table=ON

3.2 将为每张表建立一个表空间,这个名字叫file per table,实际上叫每张表一个表空间更加合理,结构如下图所示:

本文重点讲述IBD文件的结构,图中显示的FSP_HDR页,INODE页以及INDEX页的结构,下文中逐一详细解释。

4. IBD文件之FSP_HDR页

这里强调一下在ibd文件中第一页(第一个16K)里始终是FSP_HDR页,他的作用是管理接下来的0～255一共256个区的信息,其中在这个页中包含一个FSP header结构和XDES集合,将在概览图后讲述

4.1 FSP header

这个主要是用来管理接下来的区中包含的页，更好分配区和区里面的页提供的数据信息

4.2 XEDS Entry

包含一个区内的64页的操作相关的信息

5. IBD文件之INODE页

inode页一直让人疑惑,刚开始我以为是文件系统里那个inode节点信息重用磁盘节点信息,后来提出疑问用页可以管理了整个数据结构，为什么还需要inode呢？直到看到索引文件段管理结构图，才理解inode页实际是为了在同一个表内的数据页之上在建立不同的索引结构，而组织的逻辑数据,不同于页的是，页承载的是各种数据集,而inode页承载的是不同的索引结构,INODE页的结构比较简单,包含了INODE Entry的集合