MySQL存储引擎-InnoDB数据页

MySQL存储引擎-InnoDB数据页

MySQL一个数据页默认16kb，MySQL为了不同目的涉及了很多类型的数据页，如undo页、Change Buffer页等等。我们这里只关心存放数据的页，即索引(INDEX)页。一个数据页的存储空间大致被划分为7部分，分别为：

1、FIle Header  文件头  38字节

2、Page Header 页面头  56字节

3、Infimum + Supermum  页面中的最小记录和最大记录   26字节

4、User Records  用户记录 不确定

5、Free Space  空闲空间  不确定

6、Page Directory  页目录  不确定

7、File Trailer  文件尾   8字节

一、记录在页中的存储

在一个新生成的页中，没有User Records部分，每有记录插入，都会从Free Space部分申请一个记录大小，然后划分到User Records部分。当Free Space空间用完后，再有记录插入就需要申请新的页了。我们这里再创建一个示例表：

create table page_demo(
  c1 int,
  c2 int,
  c3 varchar(10000),
  primary key(c1)
) charset = ascii row_format = compact;
insert into page_demo values(1,100,'aaaa'),(2,200,'bbbb'),(3,300,'cccc'),(4,400,'dddd');

这里我们使用 hexdump 命令来查看一下数据的存储格式。

我们使用表格和十进制数据来分析一下每行记录是怎么表示的。 因为该示例表有主键，因此没有隐藏列 rowid。注：int类型占4个字节。 保留个疑问，我们可以看到c2列就是 100、200、300、400的有符号整数。 但是c1列比较奇怪，这里可以验证和主键有关系。

正常列就是按照数字进行存储的。至于主键列是怎么存储的，此处保留一个问题。

以下表：记录头信息的后6列是对记录头信息的拆分， 其中包含两个1字节的预留位未画出。

行号	变长字段	NULL值列表	记录头信息	delete_flag	min_rec_flag	n_owned	heap_no	record_type	nex_record	trx_id	roll_pointer	c1列	c2列	c3列
第一行	04	00	00 00 10 00 20	0	0	0	2	0	32	80 00 00 01 00 00	13 94 79 79 f0 00 00	01 72 01 10	80 00 00 64	61 61 61 61
第二行	04	00	00 00 18 00 20	0	0	0	3	0	32	80 00 00 02 00 00	13 94 79 79 f0 00 00	01 72 01 1c	80 00 00 c8	62 62 62 62
第三行	04	00	00 00 20 00 20	0	0	0	4	0	32	80 00 00 03 00 00	13 94 79 79 f0 00 00	01 72 01 28	80 00 01 2c	63 63 63 63
第四行	04	00	00 00 28 ff 91	0	0	0	5	0	-111	80 00 00 04 00 00	13 94 79 79 f0 00 00	01 72 01 34	80 00 01 90	64 64 64 64

注：负数用补码表示。 -111的原码为 1 000 0000 0110 1111， 反码1 1111111 1001 0000，补码1 1111111 1001 0001，即16进制的ff91。

如表所示：delete_flag标志记录是否被删除，值为1代表被删除了。一条记录删除之后还是存在于磁盘的。打个删除标记加入垃圾链表，这部分空间就可以复用了。

min_rec_flag B+ 树每层非页节点最小目录项记录会添加该标记

heap_no 表示一条记录在堆中的相对位置，插入的4条记录分别为 2、3、4、5。 0和1是两条伪记录，一个代表最小即可 Infimum , 一个代表最大记录 Supermum。这两条记录的构造比较简单，都是5字节的记录头信息和8字节的固定单词组成，从上图页可以看出。另外：heap_no值一旦分配就不会发生改动了

record_type: 记录类型， 1表述非叶节点的目录项记录、 2表示Infimum记录、 3表示Supermum记录、0表示普通记录。

next_record: 表示当前真实数据到下一条真实数据的距离,32表示往后数32个字节。正数表示下一条记录在上一条记录的后面，负数表示下一条记录在当前记录的前面。最后一条记录的下一条指向的是Supermum记录。 下一条记录是按照主键值由小到大顺序排列的下一条记录。 如果删除第2条记录，那它的next_record会变为0，第一条就指向了第3条，还是形成单向链表。

二、页目录（Page Directory）

现在我们知道了数据是按照主键从小到大串联的单向链表。但是查找的时候为了提升查询速度，InnoDB设计了页目录。过程如下：

1、降所有的正常记录（包括Infimum和Supermum）进行分组，不包括已经移除到垃圾链表的即可

2、每个组的最后一条记录为大哥，其余的为小弟。大哥记录头信息中的 n_owned 属性表示该组共有几条记录

3、将每个组中最后一条记录在页面中的地址偏移量 （即该记录真实数据与页面第0个字节的距离）提取出来，按顺序存储到靠近页尾部的地方，这个地方就是Page Directory。 页目录中这些地址偏移量称为槽(Slot)，每个槽占2字节，页目录就是多个槽组成的。

规定，Infimum记录独占1个分组，Supermum记录所在的分组的记录条数只能在 1~8之间，其他分组的条数需要在 4 ~ 8之间。各个槽之间是挨着的，所以，在一个数据页查找指定主键值的记录，过程分两步

1、通过二分法确定该记录所在分组对应的槽，然后找到该槽所在分组中主键值最小的那条记录。

2、通过记录的next_record属性遍历该槽所在组中的各个记录

三、页面头部（Page Header）

为了得到存储在数据页中的记录的状态信息，如数据页中存储了多少条记录，Free Space在页面中的地址偏移量，页目录中存储了多少槽等。InnoDB在数据页中定义了一个Page Header部分，占用固定的56字节。 具体用途如下：

状态名称	占用空间大小(字节)	描述
PAGE_N_DIR_SLOTS	2	页面中的槽数量
PAGE_HEAD_TOP	2	还未使用的空间最小地址， 也就是说从该地址之后就是Free Space
PAGE_N_HEAP	2	第1位表示本记录是否为紧凑型记录，剩余15位表示本页的堆中的记录数量 （包括Infimum和Supermum以及标记为已删除的记录）
PAGE_FREE	2	各个已删除的记录通过next_record组成一个单向链表，这个单向链表中的记录所占用的存储空间可以被重新利用； PAGE_FREE表示该链表头节点对应记录在页面中的偏移量
PAGE_GARBAGE	2	已删除记录占用的字节数
PAGE_LAST_INSERT	2	最后插入记录的位置
PAGE_DIRECTION	2	记录插入的方向
PAGE_N_DIRECTION	2	一个方向连续插入的记录数量
PAGE_N_RECS	2	该页中用户记录的数量 （不包括Infimum和Supermum以及标记为已删除的记录）
PAGE_MAX_TRX_ID	8	修改当前页的最大事务id, 该值仅在二级索引页面中定义
PAGE_LEVEL	2	当前页在B+树中所处的层级
PAGE_INDEX_ID	8	索引ID，表示当前页属于哪个索引
PAGE_BTR_SEG_LEAF	10	B+树叶子节点段的头部信息，仅在B+树的根页面中定义
PAGE_BTR_SEG_TOP	10	B+树非叶子节点段的头部信息，仅在B+树的根页面中定义

PAGE_DIRECTION： 如果新插入一条记录的主键比上一条记录的主键值大，我们称为记录的插入方向为右边，反之为左边。PAGE_DIRECTION就是用来表示最后一条记录的插入方向

PAGE_N_DIRECTION：如果连续几次插入新记录的方向都是一致的，InnoDB会把沿着同一方向插入的记录条数记下来，用PAGE_N_DIRECTION表示。

四、文件头（File Header）