InnoDB 文件系统管理

1. linux文件系统

文件系统的层次结构

　　　　　　　　　　　　

Linux VFS（Virtual File System 又称 Virtual Filesystem Switch），即虚拟文件系统。VFS 作为一个通用的文件系统，抽象了文件系统的四个基本概念：文件、目录项 (dentry)、索引节点 (inode) 及挂载点，其在内核中为用户空间层的文件系统提供统一的API访问接口。VFS 实现了 open()、read() 等系统调并使得 cp 等用户空间程序可跨文件系统。

 

Linux文件系统基本概念

1扇区（sector）=512字节(byte)

1数据块(block)=8扇区=4KB(mkfs时指定，默认4KB，可设置为1KB - 64KB)

(如ext2、ext3、ext4等)将硬盘分区时会划分出目录块、inode Table区块和data block数据区域。一个文件由一个目录项、inode和数据区域块组成。Inode包含文件的属性(如读写属性、owner等，以及指向数据块的指针)，数据区域块则是文件内容。当查看某个文件时，会先从inode table中查出文件属性及数据存放点，再从数据块中读取数据。

文件存储结构大概如下：
       　　

 

　 1)、superblock：记录此 filesystem 的整体信息，包括inode/block的总量、使用量、剩余量， 以及文件系统的格式与是否已被挂载、挂载的时间等相关信息。
　 2)、inode table：记录文件的属性信息，可以使用stat命令查看inode信息。
　 3)、data block：实际文件的内容，如果一个文件大于一个块时候，那么将占用多个block，但是一个块只能存放一个文件。
　 4)、data block bitmap：记录哪些block是未使用的，哪些是已被使用，1：已使用，0：未使用。
　 5)、Inode bitmap：记录哪些inode节点是未使用的，哪些是已被使用，1：已使用，0：未使用。

文件系统如何存取文件的：
     1)、根据文件名，通过Directory里的对应关系，找到文件对应的Inodenumber
     2)、再根据Inodenumber读取到文件的Inodetable
     3)、再根据Inodetable中的Pointer读取到相应的Blocks
这里有一个重要的内容，就是Directory，他不是我们通常说的目录，而是一个列表，记录了一个文件/目录名称对应的Inodenumber。

 

 

2. InnoDB的存储结构

       InnoDB 表空间是在文件系统之上又构建的一层逻辑存储的文件管理系统。除了redo日志外，表空间，undo都以Page的形式管理。普遍使用的btree结构来组织数据。只是针对不同的block的应用场景会分配不同的Page类型。

       InnoDB 最小读写单位是 Page,page 采用默认的 16K。

　　物理文件分类，有日志文件、主系统表空间文件ibdata、undo tablespace文件、临时表空间文件、用户表空间。

2.1 表空间（Tablespace)的一些基础知识

表空间是分段管理的，假如有一个表只有一个主键索引，那么这个表就有两个段，一个是内部节点段，即非叶子节点段，还有一个是叶子段，即存储数据的节点．如果一个表除了主键索引，还有一个辅助索引，那么这个这个表空间有四个段，主键内部节点段，主键叶子节点段，辅助索引内部节点段，辅助索引叶子节点段．InnoDB存储引擎有有一张图很好展示了段，区，页的关系:

 2.2 Innodb page结构

一个表空间文件都是由一个一个16kb的页组成，每个页都有一个32位序号(page number)，通常称为偏移量，即离表空间初始位置的偏移量．因为每个页大小为16kb，所以第0个页的偏移量为0，第一个页的偏移量为16384等等．因为32位的最大值为2^32，所以一个表空间的最大值为2^32*16kb=64TB。

ibd文件中真正构建起用户数据的结构是BTREE，在你创建一个表时，已经基于显式或隐式定义的主键构建了一个btree，其叶子节点上记录了行的全部列数据（加上事务id列及回滚段指针列）；如果你在表上创建了二级索引，其叶子节点存储了键值加上聚集索引键值。

每个btree使用两个Segment来管理数据页，一个管理叶子节点，一个管理非叶子节点，每个segment在inode page中存在一个记录项，在btree的root page中记录了两个segment信息。

当我们需要打开一张表时，需要从ibdata的数据词典表中load元数据信息，其中SYS_INDEXES系统表中记录了表，索引，及索引根页对应的page no（DICT_FLD__SYS_INDEXES__PAGE_NO），进而找到btree根page，就可以对整个用户数据btree进行操作。

上图描述了表空间、INODE页面、INODE、段、簇、页面之间的关系，也是innodb文件系统管理架构图。

 

 　　ibd文件解析工具

　　https://github.com/sryanyuan/innoisp

 

 

参考

https://blog.51cto.com/59090939/1955122

https://blog.csdn.net/yuanrxdu/article/details/41925279

http://mysql.taobao.org/monthly/2016/02/01/

http://linux.vbird.org/linux_basic/0230filesystem.php

https://blog.csdn.net/shanshanpt/article/details/38943731

https://www.jianshu.com/p/f6bb7088b3b0