MongoDB Wiredtiger存储引擎实现原理——Copy on write的方式管理修改操作，Btree cache
转自：http://www.mongoing.com/archives/2540
传统数据库引擎的数据组织方式，一般存储引擎都是采用 btree 或者 lsm tree 来实现索引，但是索引的最小单位不是 K/V 记录对象，而是数据页，数据页的组织关系实现就是存储引擎的数据组织方式。
Mongodb-3.2已经WiredTiger设置为了默认的存储引擎，最近通过阅读wiredtiger源代码（在不了解其内部实现的情况 下，读代码难度相当大，代码量太大，强烈建议官方多出些介绍文章），理清了wiredtiger的大致原理，并简单总结，不保证内容都是正确的，如有问题 请指出，欢迎讨论交流。
按照Mongodb默认的配置，WiredTiger的写操作会先写入Cache，并持久化到WAL(Write ahead log)，每60s或log文件达到2GB时会做一次Checkpoint，将当前的数据持久化，产生一个新的快照。Wiredtiger连接初始化时， 首先将数据恢复至最新的快照状态，然后根据WAL恢复数据，以保证存储可靠性。
Wiredtiger的Cache采用Btree的方式组织，每个Btree节点为一个page，root
page是btree的根节点，internal page是btree的中间索引节点，leaf
page是真正存储数据的叶子节点；btree的数据以page为单位按需从磁盘加载或写入磁盘。
Wiredtiger采用Copy on write的方式管理修改操作（insert、update、delete），修改操作会先缓存在cache里，持久化时，修改操作不会在原来的leaf page上进行，而是写入新分配的page，每次checkpoint都会产生一个新的root page。
Checkpoint时，wiredtiger需要将btree修改过的PAGE都进行持久化存储，每个btree对应磁盘上一个物理文 件，btree的每个PAGE以文件里的extent形式（由文件offset + size标识）存储，一个Checkpoit包含如下元数据：
- root page地址，地址由文件offset，size及内容的checksum组成
- alloc extent list地址，存储从上次checkpoint起新分配的extent列表
- discard extent list地址，存储从上次checkpoint起丢弃的extent列表
- available extent list地址，存储可分配的extent列表，只有最新的checkpoint包含该列表
- file size 如需恢复到该checkpoint的状态，将文件truncate到file size即可
Mongodb里一个典型的Wiredtiger数据库存储布局大致如下：
$tree
.
├── journal
│ ├── WiredTigerLog.0000000003
│ └── WiredTigerPreplog.0000000001
├── WiredTiger
├── WiredTiger.basecfg
├── WiredTiger.lock
├── WiredTiger.turtle
├── admin
│ ├── table1.wt
│ └── table2.wt
├── local
│ ├── table1.wt
│ └── table2.wt
└── WiredTiger.wt
- WiredTiger.basecfg存储基本配置信息
- WiredTiger.lock用于防止多个进程连接同一个Wiredtiger数据库
- table*.wt存储各个tale（数据库中的表）的数据
- WiredTiger.wt是特殊的table，用于存储所有其他table的元数据信息
- WiredTiger.turtle存储WiredTiger.wt的元数据信息
- journal存储Write ahead log
一次Checkpoint的大致流程如下
对所有的table进行一次Checkpoint，每个table的Checkpoint的元数据更新至WiredTiger.wt
对WiredTiger.wt进行Checkpoint，将该table Checkpoint的元数据更新至临时文件WiredTiger.turtle.set
将WiredTiger.turtle.set重命名为WiredTiger.turtle
上述过程如中间失败，Wiredtiger在下次连接初始化时，首先将数据恢复至最新的快照状态，然后根据WAL恢复数据，以保证存储可靠性。
